KR20040001480A - 랜딩 플러그 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디램 (DRAM)또는 에스램(SRAM) 등의 메모리 칩 제조를 포함하여 로직 디바이스(LOGIC DEVICE)에 적용할 수 있는 랜딩 플러그(landing plug) 형성 방법에 관해 개시한 것으로서, 반도체 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 전극 측면에 절연 스페이서를 차례로 형성하는 단계와, 결과물 전면에 절연막을 형성하는 단계와, 절연막 상에 랜딩플러그용 콘택영역이 정의된 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 마스크로 하고 CHF₃, Ar 및 O₂가스 공급에 의해 1차 건식 식각 공정을 진행하여 상기 절연막을 식각하여 각각의 랜딩플러그용 콘택을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 마스크로 하고 상기 CHF₃, Ar 및 O₂가스에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 가스 중 어느 하나 이상을 추가 공급에 의해 2차 건식 식각 공정을 진행하여 절연 스페이서를 제거하는 단계와, 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 각각의 랜딩플러그용 콘택을 포함한 기판 전면에 도전막을 형성하는 단계와, 도전막을 식각하여 상기 각각의 랜딩플러그용 콘택을 매립시키는 상기 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

랜딩 플러그 형성 방법{method for forming landing plug}

본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디램 (DRAM)또는 에스램(SRAM) 등의 메모리 칩 제조를 포함하여 로직 디바이스(LOGIC DEVICE)에 적용할 수 있는 랜딩 플러그(landing plug) 형성 방법에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 랜딩 플러그 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

종래 기술에 따른 랜딩 플러그 형성 방법은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 먼저, 반도체기판(10) 상에 실리콘 산화막(미도시), 불순물이 도핑된 다결정 실리콘막(미도시), 텅스텐 실리사이드막(미도시), 하드마스크로서의 역할을 하는 실리콘 질화막(미도시) 및 반사방지막(Anti-Reflector Coating layer:이하, ARC막)으로서의 역할을 하는 SiON막(미도시)을 차례로 형성한 후, 포토리쏘그라피 (photolithography) 공정에 의해 상기 막들을 식각하여 게이트 산화막(12) 및 게이트 전극(22)을 형성한다. 상기 게이트 전극(22)은 불순물이 도핑된 다결정 실리콘막(14), 텅스텐 실리사이드막(16), 실리콘 질화막(18) 및 SiON막(20)의 4중 적층 구조를 가진다.

이어, 상기 게이트 전극(22)의 측면에 버퍼 산화막(24) 및 절연 스페이서(26)를 차례로 형성한다. 상기 절연 스페이서(26)는 이 후의 랜딩 플러그용 콘택 형성을 위한 절연막 식각 공정에서 게이트 전극과의 브릿지를 방지하기 위한 것이다.

그런 다음, 상기 결과물 전면에 절연막(28)을 증착하고 리플로우(reflow)한 후, 유기물질의 BARC막(Bottom ARC)(30)을 코팅한 다음, 상기 BARC막(30) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 랜딩 플러그용 콘택영역을 노출시키는 감광막 패턴(50)을 형성한다.

이 후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막 패턴(50)을 마스크로 하고 1차 건식 식각 공정(60)에 의해 BARC막 및 절연막을 식각하여 각각의 랜딩 플러그용 콘택(24)(25)을 형성한다. 이때, 상기 랜딩 플러그용 콘택(24)에 의해 절연 스페이서(26)가 노출된 상태에 있다. 또한, 상기 랜딩 플러그용 콘택에서, 도면부호 24는 비트라인용 콘택을 나타낸 것이고, 도면부호 25는 스토리지노드 콘택을 나타낸 것이다. 도면부호 31은 상기 건식 식각 공정(60) 후에 잔류된 BARC막을 나타낸 것이고, 도면부호 28은 잔류된 절연막을 나타낸 것이다.

이어, 도면에는 도시되지 않았지만, O₂가스를 다량으로 공급함으로서 상기 BARC막 및 절연막 식각 공정에서 랜딩플러그용 콘택에 잔존하는 폴리머(polymer)를 제거한다.

그런 다음, 감광막 패턴을 제거한 다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 폴리머 제거 공정이 완료된 기판 전면에 CF₄, CHF₃및 Ar 가스를 이용하여 2차 건식 식각 공정(62)을 진행하여 절연 스페이서를 제거한다. 이때, 상기 절연 스페이서 제거는 이 후에 형성될 비트라인용 콘택의 바닥 부분의 CD(Critical Dimension)를 확보하기 위함이다.

이 후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 랜딩 플러그용 콘택(24)(25)을 포함한 기판 전면에 다결정 실리콘 등의 도전막(미도시)을 증착한 다음, 상기 도전막을 식각하여 랜딩 플러그용 콘택(24)(25)을 매립시키는 각각의 랜딩 플러그(38)(39)를 형성한다.

그러나, 종래의 기술에서는 반도체 소자가 고집적화되면서 게이트 전극 사이의 공간이 좁아지고, 액티브영역과 접촉하는 면적이 작아짐에 따라, 상기 액티브영역에서, 특히 비트라인용 콘택의 CD(Critical Dimension))가 작아 저항이 커짐으로써 디바이스가 오동작됨에 따라 제품의 수율이 낮아지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판과 랜딩플러그 간의 접촉면적을 넓혀줌으로써 콘택 저항을 낮출 수 있는 랜딩플러그형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 랜딩 플러그 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 랜딩 플러그 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 랜딩플러그 형성 방법은 반도체 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 전극 측면에 절연 스페이서를 차례로 형성하는 단계와, 결과물 전면에 절연막을 형성하는 단계와, 절연막 상에 랜딩플러그용 콘택영역이 정의된 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 마스크로 하고 상기 CHF₃, Ar 및 O₂가스에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 가스 중 어느 하나 이상을 추가 공급에 의해 2차 건식 식각 공정을 진행하여 절연 스페이서를 제거하는 단계와, 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 각각의 랜딩플러그용 콘택을 포함한 기판 전면에 도전막을 형성하는 단계와, 도전막을 식각하여 상기 각각의 랜딩플러그용 콘택을 매립시키는 상기 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 절연막은 BPSG, HDP, TEOS 및 HTO 중 어느 하나를 이용하며, 상기 절연막의 건식 식각 공정은 플래너 타입, RIE 타입, MERIE 타입, TCP 타입, 스프릿트 파워 타입 및 ICP 타입 중 어느 하나를 이용한 건식 식각 장비에서 진행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 도전막 식각 공정은 CMP 및 에치백 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 식각가스에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 중 어느 하나 이상의 가스를 추가하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 랜딩 플러그 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

본 발명에 따른 랜딩 플러그 형성 방법은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 먼저, 반도체기판(100) 상에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 의해 트렌치(미도시) 및 트렌치를 매립시키는 소자격리막(미도시)을 형성하거나 LOCOS(LOcal Oxidation of Substrate) 공정에 의해 필드산화막(미도시)을 형성한 후, 이온주입 공정을 통해 각각의 웰(미도시)을 형성한다.

이어, 상기 웰을 포함한 기판에 게이트 산화막(102)을 개재시키어 게이트전극(122)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(122)은 불순물이 도핑된 다결정 실리콘막(104), 텅스텐 실리사이드막(106), 제 1실리콘 질화막(SiN)(108) 및 SiON막(120)의 4중 적층 구조를 가진다. 또한, 상기 제 1실리콘 질화막(108)은 하드 마스크로서의 역할을 하며, SiON막(120)은 ARC막으로서의 역할을 한다. 상기 하드 마스크로서 상기 제 1실리콘 질화막 대신 산화질화막(Oxinitride)(SiON)막, 산화막(SiO₃) 중 어느 하나의 단일막 또는 이들 막을 적층하여 사용할 수도 있다.

이어, 상기 게이트 전극(122) 측면에 버퍼 산화막(123) 및 절연 스페이서(126)를 차례로 형성한다. 그런 다음, 상기 결과물 전면에 BPSG(BoroPhosphorSilicate Glass), HDP(High Density Plamsa) 옥사이드(oxide), TEOS 및 HTO(High Temperature low pressure Oxide) 중 어느 하나를 이용하여 절연막(128)을 증착하고 리플로우하여 평탄화시킨 후, 상기 절연막(128) 상에 BARC막(130) 및 랜딩 플러그용 콘택영역(미도시)을 노출시키는 감광막 패턴(150)을 차례로 형성한다.

그런 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막 패턴(150)을 마스크로 하고 CHF₃, Ar 및 O₂가스 공급에 의해 1차 건식 식각 공정(160)을 진행하여 BARC막 및 절연막을 식각하여 각각의 랜딩플러그용 콘택(124)(125)을 형성한다. 이때, 상기 랜딩플러그용 콘택에서, 도면의 중앙 부분의 비트라인용 콘택(124)과 도면의 양쪽 부분의 스토리지노드용 콘택(125)이 된다.

또한, 상기 1차 건식 식각 공정(160)에서, 상기 O₂와 CHF₃가스를 공급함으로서 게이트 전극(122)의 하드 마스크막(실리콘 질화막)(108)에 대한 손실은 크지 않으면서도 랜딩 플러그용 콘택 하부의 충분한 공간 확보가 가능하다. 즉, CHF₃가스는 C와 H의 비율이 다른 식각가스보다 높으므로, 식각 시 과량의 폴리머를 발생시켜 하드 마스크막에 대한 식각 비율을 떨어뜨림으로서 하드 마스크막의 손실을 크지 않게 유지할 수 있다.

한편, 상기 O₂가스는 좁은 랜딩 플러그용 콘택(124)(125)에 폴리머가 잔류됨에 따라 생기는 슬로프(slope)를 없애줌으로써 랜딩 플러그용 콘택(124)(125)의 바닥부분의 CD 를 확보할 수 있다. 이때, 상기 상기 O₂가스는 C와 쉽게 반응하여 CO, CO₂등의 안정한 화합물을 생성하게 됨으로서 폴리머 발생을 억제하는데 유용하다.

이 후, 상기 결과의 기판 전면에 O₂가스를 공급하여 랜딩플러그용 콘택 형성 시 잔존하는 폴리머를 제거한다.(미도시)

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 다시 감광막 패턴(50)을 마스크로 하고 폴리머 제거 공정이 완료된 기판 전면에 상기 1차 건식 식각 공정에서 식각가스로 사용된 CHF₃,Ar 및 O₂가스에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 중 하나 이상의 가스를 추가하여 2차 건식 식각 공정(162)을 진행함으로서 절연 스페이서를 제거한다. 이때, O₂가스는 80∼120sccm으로 공급한다.

그런 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 절연 스페이서 제거 공정이 완료된 기판 전면에 다결정 실리콘 등의 도전막(미도시)을 증착한 다음, 상기 도전막을 식각하여 랜딩 플러그용 콘택(124)(125)을 매립시키는 각각의 랜딩 플러그(138)(139)를 형성한다. 이때, 상기 하드 마스크막은 랜딩 플러그용 콘택 형성 시 게이트 전극과의 브릿지를 방지하면서 상기 랜딩 플러그용 도전막 증착 및 식각 과정에서 스토리지노드용 콘택(125)과 비트라인용 콘택(126) 간의 분리막 역할을 한다.

본 발명에 따르면, CHF₃, Ar 및 O₂가스에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 중 하나 이상의 가스를 추가하여 절연 스페이서를 제거함으로써, 하드마스크막에 대한 손실은 최소화하면서도 랜딩플러그용 콘택의 바닥 부분의 CD를 확보할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 CHF₃,Ar 및 O₂에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 중 하나 이상의 가스를 추가한 식각가스를 이용하여 절연 스페이서를 제거함으로써, 랜딩 플러그용 콘택의 바닥 부분의 CD를 확보가능하고 콘택저항을 낮출 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 양산단계에서도 저항성 실패로 인한 수율이 저하되는 것을 방지하여 수율이 향상된다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (4)

1. 반도체 기판 상에 게이트 전극 및 게이트 전극 측면에 절연 스페이서를 차례로 형성하는 단계와,

   상기 결과물 전면에 절연막을 형성하는 단계와,

   상기 절연막 상에 랜딩플러그용 콘택영역이 정의된 감광막 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 하고 CHF₃, Ar 및 O₂가스 공급에 의해 1차 건식 식각 공정을 진행하여 상기 절연막을 식각하여 각각의 랜딩플러그용 콘택을 형성하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 하고 상기 CHF₃, Ar 및 O₂가스에 CF₄, CH₂F₂, C₂H₆및 CO 가스 중 어느 하나 이상을 추가 공급에 의해 2차 건식 식각 공정을 진행하여 절연 스페이서를 제거하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와,

   상기 각각의 랜딩플러그용 콘택을 포함한 기판 전면에 도전막을 형성하는 단계와,

   상기 도전막을 식각하여 상기 각각의 랜딩플러그용 콘택을 매립시키는 상기 랜딩플러그를 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 랜딩플러그 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 절연막은 BPSG, HDP, TEOS 및 HTO 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 랜딩플러그 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 절연막의 건식 식각 공정은 플래너 타입, RIE 타입, MERIE 타입, TCP 타입, 스프릿트 파워 타입 및 ICP 타입 중 어느 하나를 이용한 건식 식각 장비에서 진행하는 것을 특징으로 하는 랜딩플러그 형성 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 도전막 식각 공정은 CMP 및 에치백 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 랜딩플러그 형성 방법.