KR20170098623A - Method for manufacturimg the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 셀 영역의 비트라인 형성 방법 및 주변회로 영역의 게이트 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of fabricating a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a bit line in a cell region and a method of forming a gate in a peripheral circuit region.
반도체 메모리 소자의 집적도가 높아지면서 디자인 룰(design rule)이 감소하게 되어 반도체 소자의 패턴도 미세화되고 있다. 반도체 소자의 극미세화 및 고집적화가 진행됨에 따라 메모리 용량의 증가에 비례하여 전체적인 칩(chip) 면적은 증가하고 있지만, 실제로 반도체 소자의 패턴이 형성되는 셀(cell) 영역의 면적은 감소하고 있다. As the degree of integration of semiconductor memory devices increases, the number of design rules decreases and the pattern of semiconductor devices becomes finer. As miniaturization and high integration of a semiconductor device progresses, the overall chip area increases in proportion to an increase in memory capacity, but the area of a cell area where a semiconductor device pattern is formed is actually decreasing.
따라서, 원하는 메모리 용량을 확보하기 위해서는 한정된 셀 영역 내에 보다 많은 패턴이 형성되어야만 하므로, 패턴의 선폭(critical dimension)이 감소한 미세 패턴을 형성하여야 한다. 이러한 미세 패턴을 형성하기 위해서는 더블 패터닝 기술(DPT)이나 스페이서 패터닝 기술(SPT)의 적용이 용이하다. 그러나, 셀 영역에 형성되는 게이트나 비트라인의 경우 단순 라인 패턴으로, SPT를 이용하여 원하는 미세 피치(pitch)의 라인/스페이스 패턴을 형성한 후 그 라인의 끝단에 전기적 특성의 연결로인 콘택을 형성하여 주어야 하는 부분에서는 패턴이 미세화되어 공정이 마진이 부족해지면서 작은 패턴 위에 콘택이 원하는 크기로 정확하게 형성하는 것이 용이하지 않은 상황이다. 이에 따라 셀 영역의 비트라인 끝단에 형성되는 콘택의 오버랩(Overlap) 및 펀치 마진(Punch Margin)이 감소되는 문제가 발생하고 있는 실정이다.Therefore, in order to secure a desired memory capacity, a larger number of patterns must be formed in a limited cell region, so that a fine pattern with a reduced critical dimension of the pattern must be formed. In order to form such a fine pattern, it is easy to apply the double patterning technique (DPT) or the spacer patterning technique (SPT). However, in the case of a gate or a bit line formed in a cell region, a line / space pattern having a desired fine pitch is formed using a SPT in a simple line pattern, and a contact as an electrical characteristic connection is formed at the end of the line It is difficult to precisely form a contact on a small pattern with a desired size because the pattern becomes finer and the process becomes insufficient in margin. As a result, there is a problem that overlap and punch margin of a contact formed at the bit line end of the cell region are reduced.
본 발명의 다양한 실시예들은 셀 영역의 비트라인과 주변회로 영역의 게이트 전극을 각각 패터닝함으로써, 셀 영역의 비트라인 끝단에 형성되는 콘택 패드가 셀프 얼라인(Self Align)되도록 하는 방법을 제공하고자 한다.Various embodiments of the present invention provide a method for self-aligning a contact pad formed at a bit line end of a cell region by patterning a bit line of a cell region and a gate electrode of a peripheral circuit region, respectively .
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 출원의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 셀 영역 및 주변회로 영역의 반도체 기판 상부에 도전물질을 형성하는 단계와, 셀 영역의 도전물질 상부에 돌출부 및 오목부를 포함하는 판 형태의 제 1 마스크 패턴을 형성하고, 주변회로 영역의 도전물질 상부에 게이트 전극을 정의하는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 셀 영역의 도전물질을 식각하고, 제 2 마스크 패턴을 식각 마스크로 주변회로 영역의 도전물질을 식각하여 주변회로 영역에 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 셀 영역의 제 1 마스크 패턴 상부에 비트라인을 정의하는 스페이서를 형성하는 단계와, 스페이서를 식각 마스크로 셀 영역의 제 1 마스크 패턴 및 도전물질을 식각하여 라인 형태의 비트라인 패턴을 형성하되, 비트라인 패턴 일측 끝단의 패드 영역 선폭이 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, including: forming a conductive material on a semiconductor substrate in a cell region and a peripheral circuit region; Forming a first mask pattern in the form of a plate including a recessed portion and forming a second mask pattern defining a gate electrode on the conductive material in the peripheral circuit region; Etching the material, etching the conductive material of the peripheral circuit region with a second mask pattern using an etch mask to form a gate pattern in the peripheral circuit region, and forming a spacer defining a bit line above the first mask pattern of the cell region Etching the first mask pattern and the conductive material in the cell region using the spacers as an etching mask to form a bit line pattern And a line width of the pad region at one end of the bit line pattern is formed to be larger than a line width of the bit line pattern center portion.
나아가, 셀 영역에 매립 게이트를 형성하는 단계는 매립 게이트를 포함하는 반도체 기판 상부에 절연막을 형성하고, 절연막을 식각하여 비트라인 콘택홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The forming of the buried gate in the cell region may further include forming an insulating film on the semiconductor substrate including the buried gate and etching the insulating film to form the bit line contact hole.
나아가, 셀 영역의 비트라인 콘택홀에 도전물질을 매립하여 비트라인 콘택플러그를 형성하는 단계와, 주변회로 영역의 반도체 기판 상부에 게이트 절연막을 증착하는 단계와, 주변회로 영역의 게이트 절연막 상부에 게이트 도전층을 형성하는 단계를 더 포함한다.Forming a bit line contact plug by embedding a conductive material in the bit line contact hole of the cell region; depositing a gate insulating film on the semiconductor substrate of the peripheral circuit region; And forming a conductive layer.
나아가, 제 1 마스크 패턴은 제 1 방향 양측면에 다수의 돌출부 및 오목부를 포함하며, 제 1 마스크 패턴의 돌출부 및 오목부는 제 1 방향으로 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the first mask pattern includes a plurality of protrusions and depressions on both sides in the first direction, and the protrusions and depressions of the first mask pattern are arranged to correspond to each other in the first direction.
나아가, 제 1 마스크 패턴의 돌출부 및 오목부는 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 교번으로 배치되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the protrusions and recesses of the first mask pattern are alternately arranged along a second direction intersecting the first direction.
나아가, 비트라인을 정의하는 스페이서를 형성하는 단계는 셀 영역의 제 1 마스크 패턴 상부에 다수의 희생막 패턴을 형성하는 단계와, 희생막 패턴의 측면에 스페이서층을 형성하는 단계와, 희생막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 스페이서를 식각 마스크로 셀 영역의 제 1 마스크 패턴 및 도전물질을 식각하는 단계에서 주변회로 영역의 제 2 마스크 패턴 상부에 감광막 패턴을 형성하여 주변회로 영역이 식각되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.Further, forming the spacers defining the bit lines may include forming a plurality of sacrificial layer patterns on the first mask pattern of the cell region, forming a spacer layer on the sides of the sacrificial layer pattern, Forming a photoresist pattern on the second mask pattern of the peripheral circuit region in the step of etching the first mask pattern and the conductive material in the cell region using the spacer as an etch mask, So as not to be etched.
나아가, 제 1 마스크 패턴 상부에 하드마스크층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 희생막 패턴의 단부는 제 1 마스크 패턴의 볼록부 및 오목부 사이의 굴곡부에 배치되는 것을 특징으로 한다.Further, the method may further include forming a hard mask layer on the first mask pattern, wherein an end of the sacrificial pattern is disposed at a convex portion and a concave portion between the concave portions of the first mask pattern.
나아가, 셀 영역에 형성된 희생막 패턴의 피치(pitch)는 최종적으로 형성하고자 하는 비트라인 피치의 2배가 되도록 형성하며, 희생막 패턴의 단부에서는 스페이서가 서로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the pitch of the sacrificial pattern formed in the cell region is formed to be twice the bit line pitch to be finally formed, and spacers are formed to be connected to each other at the end of the sacrificial pattern.
나아가, 단부가 연결된 스페이서의 중 일측 패턴은 제 1 마스크 패턴의 볼록부를 지나며, 타측 패턴은 제 1 마스크 패턴의 오목부를 지나는 것을 특징으로 하며,비트라인 패턴의 패드 영역 선폭은 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 2배 큰 것을 특징으로 한다.Further, the one side pattern of the spacer connected to the end portion passes through the convex portion of the first mask pattern, and the other side pattern passes over the concave portion of the first mask pattern. The line width of the pad region of the bit line pattern corresponds to the line width Which is twice as large as that of the first embodiment.
나아가, 비트라인 패턴 끝단의 패드 영역은 교번으로 배치되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the pad regions at the end of the bit line pattern are alternately arranged.
나아가, 패드 영역이 형성된 비트라인 패턴 끝단은 인접한 비트라인 패턴에 비해 제 1 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하며, 비트라인 패턴 끝단의 패드 영역에 접속하는 메탈 콘택 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the bit line pattern end formed with the pad region is formed to be longer in the first direction than the adjacent bit line pattern. The method further includes forming a metal contact plug connected to the pad region at the end of the bit line pattern .
본 출원의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판 상부에 도전물질을 형성하는 단계와, 도전물질 상부에 돌출부 및 오목부를 포함하는 판 형태의 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 마스크 패턴을 식각 마스크로 도전물질을 식각하는 단계와, 마스크 패턴 상부에 비트라인을 정의하는 스페이서를 형성하는 단계와, 스페이서를 식각 마스크로 마스크 패턴 및 도전물질을 식각하여 라인 형태의 비트라인 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 비트라인 패턴 일측 끝단의 패드 영역 선폭이 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 크게 형성되는 것을 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a conductive material on a semiconductor substrate; forming a plate-shaped mask pattern on the conductive material including protrusions and recesses; Etching the conductive material with an etch mask, forming spacers defining the bit lines above the mask pattern, etching the mask pattern and the conductive material with the etch mask to form bit line patterns in a line form, Wherein the width of the pad region at one end of the bit line pattern is larger than the width of the bit line pattern center portion.
나아가, 비트라인 패턴의 패드 영역 선폭은 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 2배 큰 것을 특징으로 하며, 비트라인 패턴 끝단의 패드 영역은 교번으로 배치되는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the line width of the pad region of the bit line pattern is two times larger than the line width of the center portion of the bit line pattern, and pad regions at the end of the bit line pattern are alternately arranged.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 셀 영역의 비트라인과 주변회로 영역의 게이트 전극을 각각 패터닝함으로써, 셀 영역의 비트라인 끝단에 콘택 패드가 셀프 얼라인되어 셀 영역의 비트라인 끝단에 연결되는 콘택 플러그의 오버랩 및 펀치 마진이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the bit line of the cell region and the gate electrode of the peripheral circuit region are patterned respectively so that the contact pad is self-aligned to the bit line end of the cell region and connected to the bit line end of the cell region An effect of improving the overlap and punch margin of the contact plug can be obtained.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 평면도 및 단면도이다.1 to 8 are a plan view and a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 출원의 일 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 일 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make sense to the person skilled in the art to which the invention pertains.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 것으로, 도 1a, 도 2a, 도 3a, 도 4a, 도 5a, 도 6a 및 도 7a는 평면도들이며, 도 1b, 도 1c, 도 2b, 도 3b, 도 4b, 도 5b, 도 6b, 도 7b, 도 8b 및 도 8c는 상기 평면도의 A - A', B - B'또는 C - C'에 따른 절단면을 도시한 단면도들이다. FIGS. 1 to 8 illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIGS. 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, and 7A are plan views, 1C, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B and 8C are cross-sectional views taken along the line A-A ', B-B' or C-C ' Sectional views.
먼저, 도 1a,도 1b 및 도 1c를 참조하면, 도 1b는 도 1a의 A - A'에 따른 절단면을 도시한 것으로, 게이트와 수직한 방향 즉, 비트라인이 연장되는 방향을 따라 절단된 단면도를 도시한 것이다. 또한, 도 1c는 도 1a의 B - B'에 따른 절단면을 도시한 것으로, 게이트가 연장되는 방향을 따라 절단된 단면도를 도시한 것이다. 이후에는 비트라인이 연장되는 방향을 따라 절단된 단면도로만 설명하도록 한다.1A, 1B and 1C, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 1A. FIG. 1B is a sectional view taken along the direction perpendicular to the gate, that is, FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line B-B 'in FIG. 1A, and shows a cross-sectional view taken along the direction in which the gate extends. Hereinafter, only the sectional view cut along the direction in which the bit lines extend is described.
셀 영역(I)과 주변회로 영역(II)을 포함하는 반도체 기판(100)에 활성영역(105)을 정의하는 소자분리막(110)을 형성한다.An
소자분리막(110)이 형성된 반도체 기판(100) 상부에 매립 게이트 형성을 위한 제 1 하드마스크 패턴(115)을 형성한다. 제 1 하드마스크 패턴(115)은 산화막 또는 질화막으로 형성할 수 있다. 이어서, 제 1 하드마스크 패턴(115)에 의해 노출된 활성영역(105) 및 소자분리막(110)을 일정 깊이 식각하여 매립 게이트를 형성하기 위한 리세스를 형성한다. A first
산화 공정을 진행하여 리세스 내벽에 게이트 절연막(미도시)을 형성한다.An oxidation process is performed to form a gate insulating film (not shown) on the inner wall of the recess.
그리고, 게이트 절연막(미도시)이 형성된 리세스 저부에 게이트 도전층(120)을 매립한다. 게이트 도전층(120)은 티타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄나이트라이드(TiN)와 텅스텐(W)의 적층 구조로 형성할 수 있다. Then, the gate
게이트 도전층(120)이 형성된 리세스의 나머지 부분을 채우도록 게이트 도전층(120) 상부에 캡핑막(122)을 증착하여 셀 영역(I)에 다수의 매립 게이트(125)를 형성한다. 여기서, 캡핑막(122) 질화막으로 형성할 수 있다.A
다음으로, 셀 영역(I)의 비트라인 콘택 예정 영역의 캡핑막(122) 및 제 1 하드마스크 패턴(115)을 식각하여 활성영역(105)을 노출시키는 비트라인 콘택홀을 형성한다. 비트라인 콘택홀을 포함하는 전체 상부에 도전물질을 형성한 후 캡핑막(122)이 노출될때까지 평탄화 식각을 진행하여 비트라인 콘택홀 내에 도전물질이 매립된 비트라인 콘택플러그(140)를 형성한다.Next, the
이후, 주변회로 영역(II)에 형성된 제 1 하드마스크 패턴(115) 및 캡핑막(122)을 제거한다.Then, the first
그 다음, 비트라인 콘택플러그(140)를 포함하는 셀 영역(I) 및 주변회로 영역(II)의 반도체 기판(100) 전체 표면에 게이트 절연막(130)을 형성하고, 셀 영역(I)에 형성된 게이트 절연막(130)을 제거하여 주변회로 영역의 반도체 기판(100) 상부에만 게이트 절연막(130)이 남겨지도록 한다.Next, the gate
이후, 주변회로 영역의 게이트 절연막(130) 상부에 게이트 도전층(135)을 형성한다. Thereafter, a gate
다음으로, 캡핑막(122), 비트라인 콘택 플러그(140) 및 게이트 도전층(135)을 포함하는 반도체 기판(100) 전체 상부에 제 2 도전물질(145) 및 제 2 하드마스크층(150)을 형성한다. 제 2 도전물질(145)은 금속 또는 금속 및 배리어 메탈이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 금속은 텅스텐 물질을 포함하며, 배리어 메탈은 티타늄, 티타늄 질화막을 포함할 수 있다. Next, a second
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제 2 하드마스크층(150)을 식각하여 셀 영역 및 주변회로 영역에 제 2 하드마스크 패턴(152, 153)을 형성한다. 여기서, 셀 영역의 제 2 하드마스크 패턴(152)은 도 2a에 도시된 바와 같이 다수의 돌출부(152a) 및 오목부(152b)를 포함하는 형태로 형성된다. 셀 영역의 제 2 하드마스크 패턴(152)은 제 2 방향을 따라 돌출부(152a)와 오목부(152b)가 교번으로 배치된다.Referring to FIGS. 2A and 2B, the second
더욱 구체적으로 설명하면, 셀 영역의 제 2 하드마스크 패턴(152)의 제 1 방향 양측면에 다수의 돌출부(152a) 및 오목부(152b)를 포함한다. 셀 영역의 제 2 하드마스크 패턴(152)의 일측에 돌출부(152a)가 형성된다고 하면, 제 1 방향으로 마주보고 있는 제 2 하드마스크 패턴(152)의 타측에는 오목부(152b)가 형성된다.More specifically, the first
그리고, 주변회로 영역의 하드마스크 패턴(153)은 게이트 전극을 정의하는 사각띠 형태로 형성된다.The
셀 영역의 제 2 하드마스크 패턴(152)을 식각 마스크로 셀 영역의 제 2 도전물질(145), 캡핑막(122) 및 제 1하드마스크 패턴(115)을 식각하고, 주변회로 영역의 제 2 하드마스크 패턴(153)을 식각 마스크로 제 2 도전물질(145), 게이트 도전층(135) 및 게이트 절연막(130)을 식각하여 주변회로 영역에 게이트 패턴(154)을 형성한다. 기존에는, 한번의 식각 공정을 통해 셀 영역의 비트라인과 주변회로 영역의 게이트 패턴을 동시에 형성하였다. 그러나, 본 출원에서는 주변회로 영역을 식각하여 게이트 패턴 형성 시 셀 영역에 비트라인 형성을 위한 패터닝 공정은 진행하지 않고, 돌출부 및 오목부가 포함된 제 2 하드마스크 패턴을 이용한 식각 공정만을 진행한다. The second
따라서, 셀 영역의 비트라인과 주변회로 영역의 게이트 전극이 서로 다른 식각 공정을 통해 형성하도록 한다. Therefore, the bit line of the cell region and the gate electrode of the peripheral circuit region are formed through different etching processes.
이후, 주변회로 영역의 게이트 패턴(154) 측벽에 게이트 스페이서(157)를 형성한다. 그리고, 주변회로 영역의 게이트 패턴(154)을 포함하는 반도체 기판(100) 전체 상부에 이온 주입 공정을 수행한다. 이온 주입 공정을 진행함에 따라 주변회로 영역의 게이트 특성이 향상될 수 있다. Thereafter,
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 셀 영역 및 주변회로 영역의 반도체 기판(100) 전체 상부에 층간 절연막(160)을 형성한다. 이때, 층간 절연막(160)은 게이트 패턴(154) 상단의 제 2 하드마스크 패턴(153)과 식각 선택비 차이를 갖는 산화막 계열의 물질로 형성할 수 있다. 이후, 셀 영역의 제 2 하드마스크 패턴(152) 및 주변회로 영역의 게이트 패턴(154) 상단에 형성된 제 2 하드마스크 패턴(153)이 노출될때까지 평탄화 식각을 진행한다.Referring to FIGS. 3A and 3B, an
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 셀 영역 및 주변회로 영역 전체 상부에 제 3 하드마스크층(165)을 형성한다. 제 3 하드마스크층(165)은 셀 영역에 형성된 제 2 하드마스크 패턴(152)의 보상을 위해 형성한다. 제 3 하드마스크층(165)는 제 2 하드마스크 패턴(152, 153)과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정하지는 않으며, 제 2 하드마스크 패턴(152, 153)을 보호할 수 있는 물질이라면 어떤 물질로 형성하여도 무관하다.Referring to FIGS. 4A and 4B, a third
이후, 제 3 하드마스크층(165) 상부에 제 4 하드마스크층(167)을 형성한다.A fourth
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 셀 영역의 제 4 하드마스크층(167) 상부에 다수의 희생막 패턴(170)을 형성한다. 희생막 패턴(170)은 SPT 공정을 이용하여 비트라인을 형성하기 위한 것으로, 매립 게이트(125)와 교차되는 제 1 방향으로 연장된 라인 패턴으로 형성한다. 희생막 패턴(170)은 제거가 용이한 물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 산화막 계열의 물질로 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, a plurality of
셀 영역에 형성된 희생막 패턴(170)의 피치(pitch)는 최종적으로 형성하고자 하는 비트라인 피치의 2배가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 희생막 패턴(170)은 셀 영역에 형성된 제 2 하드마스크 패턴(152)의 돌출부(152a)와 오목부(152b) 사이에 배치되어 희생막 패턴(170)의 단축 사이에 굴곡진 형태의 제 2 하드마스크 패턴(152) 단부가 위치되도록 한다. It is preferable that the pitch of the
다음으로, 희생막 패턴(170)을 포함하는 제 4 하드마스크층(167) 전체 표면에 스페이서층을 형성한다. Next, a spacer layer is formed on the entire surface of the fourth
스페이서층의 두께는 후속 공정에서 형성되는 비트라인의 선폭에 영향을 미치므로, 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 우수한 물질을 사용하며, 원자층증착(Atomic Layer Deposition) 방법으로 형성할 수 있다. 스페이서층은 희생막 패턴(170) 제거 시 남겨져야 하므로, 희생막 패턴(170)과 식각 선택비 차이를 갖는 물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 희생막 패턴(170)이 산화막 계열의 물질이라면, 스페이서층은 질화막 계열의 물질로 형성할 수 있다.Since the thickness of the spacer layer affects the line width of the bit line formed in a subsequent process, a material having excellent step coverage characteristics can be used and can be formed by an atomic layer deposition method. Since the spacer layer must be left upon removal of the
희생막 패턴(170)의 표면이 노출되도록 에치 백 식각을 진행하여 희생막 패턴(170)의 측면에 스페이서 패턴(175)을 형성한다. 스페이서층은 희생막 패턴(170)을 감싸면서 형성되므로 희생막 패턴(170)의 단부에서는 스페이서 패턴(175)이 서로 연결되어 형성된다. An etch back etching is performed so that the surface of the
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 습식 딥 아웃(Wet Dip out) 공정으로 희생막 패턴(170)을 제거하여 스페이서 패턴(175)만 남겨지도록 한다. 단부가 서로 연결되어 형성된 스페이서 패턴(175) 중 일측 패턴은 제 2 하드마스크 패턴(152)의 볼록부(152a)를 지나며, 타측 패턴은 제 2 하드마스크 패턴(152)의 오목부(152b)를 지난다.Referring to FIGS. 6A and 6B, the
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 스페이서 패턴(175)을 식각 마스크로 제 4 하드마스크층(167)을 식각하여 제 4 하드마스크 패턴(167a)을 형성한다. Referring to FIGS. 7A and 7B, the fourth
그리고, 주변회로 영역에 감광막 패턴(180)을 형성한다. 감광막 패턴(180)은 후속으로 진행되는 비트라인 패터닝 공정 시 주변회로 영역이 식각되는 것을 방지하기 위해 형성한다.Then, the
이후, 스페이서 패턴(175)을 제거한다.Thereafter, the
도 8a 내지 도 8c를 참조하여 비트라인 패턴 형성 단계를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 8b는 도 7a의 A - A'의 절단면을 도시한 단면도이고, 도 8c는 도 8a의 C - C'에 따른 절단면을 도시한 단면도이다.The bit line pattern forming step will be described with reference to FIGS. 8A to 8C. Here, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 7A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along the line C-C' in FIG. 8A.
제 4 하드마스크 패턴(167a)을 식각 마스크로 셀 영역의 제 3 하드마스크층(165)를 식각하여 제 3 하드마스크 패턴(165a)을 형성하고, 주변회로 영역에 형성된 감광막 패턴(180)을 제거한다.A third
이후, 제 3 하드마스크 패턴(165a)을 식각 마스크로 제 2 하드마스크 패턴(152), 제 2 도전물질(145), 캡핑막(122) 및 비트라인 콘택플러그(140)를 순차적으로 식각하여 비트라인 패턴(185)을 형성한다. Thereafter, the second
제 4 하드마스크 패턴(167a)을 식각 마스크로 이용하여 비트라인 패턴(185)식각 시 비트라인 패턴(185)의 끝단이 형성되는 부분에 제 2 하드마스크 패턴(152)의 굴곡부가 위치된다. 제 2 하드마스크 패턴(152)의 굴곡부에 대응되는 비트라인 패턴(185) 끝단에서 식각 로딩 이펙트(Etch Loading Effect)가 발생하여 비트라인 패턴(185)의 장축이 길게 형성되며, 비트라인 패턴 중앙부(185a)의 선폭(W1)보다 비트라인 패턴 끝단(185b)의 선폭(W2)이 증가된 형태로 형성된다. 상대적으로 큰 선폭을 갖는 비트라인 패턴 끝단(185b)은 지그재그 형태로 배치되도록 한다. 예컨대, 비트라인 패턴(185) 일측 끝단이 상대적으로 큰 선폭을 갖는다고 하면, 인접한 비트라인 패턴(185)은 타측 끝단이 상대적으로 큰 선폭을 갖도록 배치된다. The bent portion of the second
비트라인 패턴 끝단(185b)에 선폭이 증가된 형태로 형성된 부분이 후속 공정에서 형성되는 콘택 플러그가 연결될 위치가 된다. 즉, 비트라인 패턴의 끝단(185b)에는 자동적으로 선폭이 증가된 비트라인 패드가 형성된다. A portion formed by increasing the line width at the bit
상술한 바와 같이, 본 출원에서는 셀 영역의 비트라인 패턴과 주변회로 영역의 게이트 패턴을 각각 별도의 식각 공정으로 형성하면서, 비트라인 패턴 끝단의 선폭이 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 큰 형태로 패터닝되도록 함으로써, 셀 영역의 비트 라인 상부에 형성되는 메탈 콘택 플러그의 오버 랩(Over Lap) 및 펀치(Punch) 마진이 개선되는 효과를 제공한다.As described above, in the present application, the bit line pattern of the cell region and the gate pattern of the peripheral circuit region are formed by separate etching processes so that the line width of the bit line pattern end is larger than the line width of the center portion of the bit line pattern Thereby providing an effect of improving Over Lap and Punch margin of the metal contact plug formed on the bit line of the cell region.
이상의 설명은 본 출원의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the essential characteristics thereof.
따라서, 본 출원에 개시된 실시예들은 본 출원의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 출원의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. Therefore, the embodiments disclosed in the present application are intended to illustrate rather than limit the technical idea of the present application, and the scope of the technical idea of the present application is not limited by these embodiments.
본 출원의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present application should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (20)
상기 셀 영역의 상기 도전물질 상부에 돌출부 및 오목부를 포함하는 판 형태의 제 1 마스크 패턴을 형성하고, 상기 주변회로 영역의 상기 도전물질 상부에 게이트 전극을 정의하는 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 셀 영역의 도전물질을 식각하고, 상기 제 2 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 주변회로 영역의 상기 도전물질을 식각하여 상기 주변회로 영역에 게이트 패턴을 형성하는 단계;
상기 셀 영역의 상기 제 1 마스크 패턴 상부에 비트라인을 정의하는 스페이서를 형성하는 단계;
상기 스페이서를 식각 마스크로 상기 셀 영역의 상기 제 1 마스크 패턴 및 도전물질을 식각하여 라인 형태의 비트라인 패턴을 형성하되, 상기 비트라인 패턴 일측 끝단의 패드 영역 선폭이 상기 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Forming a conductive material on the semiconductor substrate of the cell region and the peripheral circuit region;
Forming a first mask pattern in the form of a plate including projections and depressions on the conductive material in the cell region and forming a second mask pattern defining a gate electrode on the conductive material in the peripheral circuit region;
Etching the conductive material in the cell region using the first mask pattern as an etch mask and etching the conductive material in the peripheral circuit region using the second mask pattern as an etch mask to form a gate pattern in the peripheral circuit region ;
Forming a spacer defining a bit line above the first mask pattern of the cell region;
And forming a bit line pattern of a line shape by etching the first mask pattern and the conductive material of the cell region using the spacer as an etching mask, wherein a line width of the pad region at one end of the bit line pattern is larger than a line width of the center line of the bit line pattern Wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed to have a large size.
상기 셀 영역에 매립 게이트를 형성하는 단계; 및
상기 매립 게이트를 포함하는 상기 반도체 기판 상부에 절연막을 형성하고, 상기 절연막을 식각하여 비트라인 콘택홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Forming a buried gate in the cell region; And
Forming an insulating film on the semiconductor substrate including the buried gate, and etching the insulating film to form a bit line contact hole.
상기 셀 영역의 비트라인 콘택홀에 도전물질을 매립하여 비트라인 콘택플러그를 형성하는 단계;
상기 주변회로 영역의 상기 반도체 기판 상부에 게이트 절연막을 증착하는 단계; 및
상기 주변회로 영역의 상기 게이트 절연막 상부에 게이트 도전층을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 2,
Filling a bit line contact hole of the cell region with a conductive material to form a bit line contact plug;
Depositing a gate insulating film on the semiconductor substrate in the peripheral circuit region; And
Forming a gate conductive layer on the gate insulating film in the peripheral circuit region
Further comprising the step of:
상기 제 1 마스크 패턴은 제 1 방향 양측면에 다수의 돌출부 및 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first mask pattern includes a plurality of protrusions and recesses on both sides of the first direction.
상기 제 1 마스크 패턴의 돌출부 및 오목부는 상기 제 1 방향으로 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 4
Wherein protrusions and recesses of the first mask pattern are arranged to correspond to each other in the first direction.
상기 제 1 마스크 패턴의 돌출부 및 오목부는 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 교번으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 4,
Wherein protrusions and recesses of the first mask pattern are alternately arranged along a second direction intersecting with the first direction.
상기 비트라인을 정의하는 스페이서를 형성하는 단계는
상기 셀 영역의 제 1 마스크 패턴 상부에 다수의 희생막 패턴을 형성하는 단계;
상기 희생막 패턴의 측면에 스페이서층을 형성하는 단계; 및
상기 희생막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 1
Wherein forming the spacers defining the bit lines comprises:
Forming a plurality of sacrificial layer patterns on the first mask pattern of the cell region;
Forming a spacer layer on a side surface of the sacrificial film pattern; And
And removing the sacrificial film pattern.
상기 스페이서를 식각 마스크로 상기 셀 영역의 상기 제 1 마스크 패턴 및 도전물질을 식각하는 단계에서 상기 주변회로 영역의 상기 제 2 마스크 패턴 상부에 감광막 패턴을 형성하여 상기 주변회로 영역이 식각되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 7
Forming a photoresist pattern on the second mask pattern of the peripheral circuit region by etching the first mask pattern and the conductive material in the cell region using the spacer as an etching mask so that the peripheral circuit region is not etched Wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
상기 제 1 마스크 패턴 상부에 하드마스크층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 7
Further comprising forming a hard mask layer on the first mask pattern.
상기 희생막 패턴의 단부는 상기 제 1 마스크 패턴의 상기 볼록부 및 오목부 사이의 굴곡부에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The method of claim 7,
Wherein an end of the sacrificial film pattern is disposed at a curved portion between the convex portion and the concave portion of the first mask pattern.
상기 셀 영역에 형성된 상기 희생막 패턴의 피치(pitch)는 최종적으로 형성하고자 하는 비트라인 피치의 2배가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 7
Wherein a pitch of the sacrificial pattern formed in the cell region is twice the bit line pitch to be finally formed.
상기 희생막 패턴의 단부에서는 스페이서가 서로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 7
Wherein spacers are formed to be connected to each other at the end of the sacrificial film pattern.
상기 단부가 연결된 스페이서의 중 일측 패턴은 제 1 마스크 패턴의 볼록부를 지나며, 타측 패턴은 제 1 마스크 패턴의 오목부를 지나는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 12
Wherein one of the patterns of the spacer connected to the end portion passes through the convex portion of the first mask pattern and the other pattern passes over the concave portion of the first mask pattern.
상기 비트라인 패턴의 패드 영역 선폭은 상기 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 2배 큰 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 1
And the line width of the pad region of the bit line pattern is twice as large as the line width of the bit line pattern center portion.
상기 비트라인 패턴 끝단의 패드 영역은 교번으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 1
And pad regions at the ends of the bit line pattern are alternately arranged.
상기 패드 영역이 형성된 상기 비트라인 패턴 끝단은 인접한 비트라인 패턴에 비해 제 1 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 1
Wherein the bit line pattern end formed with the pad region is formed longer in the first direction than the adjacent bit line pattern.
상기 비트라인 패턴 끝단의 패드 영역에 접속하는 메탈 콘택 플러그를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Claim 1
And forming a metal contact plug to be connected to a pad region at the end of the bit line pattern.
상기 도전물질 상부에 돌출부 및 오목부를 포함하는 판 형태의 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 도전물질을 식각하는 단계;
상기 마스크 패턴 상부에 비트라인을 정의하는 스페이서를 형성하는 단계; 및
상기 스페이서를 식각 마스크로 상기 마스크 패턴 및 상기 도전물질을 식각하여 라인 형태의 비트라인 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 비트라인 패턴 일측 끝단의 패드 영역 선폭이 상기 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 크게 형성되는 것을 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.Forming a conductive material on the semiconductor substrate;
Forming a mask pattern in the form of a plate including protrusions and depressions on the conductive material;
Etching the conductive material with the mask pattern using an etching mask;
Forming a spacer over the mask pattern to define a bit line; And
Forming a bit line pattern in a line shape by etching the mask pattern and the conductive material using the spacer as an etching mask, wherein a line width of the pad area at one end of the bit line pattern is larger than a line width of the center line of the bit line pattern Wherein the first semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer.
상기 비트라인 패턴의 패드 영역 선폭은 상기 비트라인 패턴 중심부의 선폭보다 2배 큰 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.19. The method of claim 18,
And the line width of the pad region of the bit line pattern is twice as large as the line width of the bit line pattern center portion.
상기 비트라인 패턴 끝단의 패드 영역은 교번으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.19. The method of claim 18,
And pad regions at the ends of the bit line pattern are alternately arranged.
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KR20010019346A (en) * | 1999-08-26 | 2001-03-15 | 윤종용 | Method of forming a self aligned contact in a semiconductor device |
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