KR100266279B1 - A method of fabricating semiconductor memory - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치(semiconductor memory device)의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 절연층의 식각률(etch rate)의 차이에 따른 콘택(contact) 형성의 문제점을 개선하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to manufacturing a semiconductor memory device which improves a problem of contact formation due to a difference in etch rate of an insulating layer. It is about a method.
도 1은 종래의 제조 방법과 본 발명의 제조 방법을 설명하기 위한 반도체 메모리 장치의 레이아웃(layout)이다.1 is a layout of a semiconductor memory device for explaining the conventional manufacturing method and the manufacturing method of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 메모리 장치의 셀 어레이 영역(cell array region)의 레이아웃은, 복수의 게이트 폴리(gate poly)(GP1 ~ GP4)와, 복수의 비트라인(bit line)(BL1 ~ BL3)을 포함한다. 비트라인 콘택(bit line contact)(BT)과, 스토리지 노드 콘택(storage node contact)(ST)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a layout of a cell array region of a semiconductor memory device includes a plurality of gate polys GP1 to GP4 and a plurality of bit lines BL1 to BL3. It includes. And a bit line contact BT and a storage node contact ST.
도 2는 도 1의 X-X' 라인을 따라 절개한 종래의 반도체 메모리 장치의 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device taken along the line X-X 'of FIG. 1.
도 2를 참조하면, 종래의 반도체 메모리 장치의 셀 어레이 영역의 스토리지 노드 콘택 형성 방법은, 반도체 기판(10) 상에 소자격리막(12)을 형성하고, 상기 소자격리막(12)을 포함하여 반도체 기판(10) 상에 제 1 절연층(14)을 형성한다.Referring to FIG. 2, in the method of forming a storage node contact in a cell array region of a conventional semiconductor memory device, a
상기 제 1 절연층(14)을 뚫고 상기 소자격리막(12) 사이의 반도체 기판(10)과 전기적으로 접속되도록 폴리 패드(poly pad)(16)를 형성한다.A
상기 제 1 절연층(14)과 상기 폴리 패드(16)는 평탄화된 상부 표면을 갖도록 형성된다.The first insulating
상기 폴리 패드(16) 및 상기 제 1 절연층(14) 상에 비트라인 하부 절연층(18)인 제 2 절연층(18)을 형성한다.A second
상기 제 2 절연층(18) 상에 형성된 비트라인(20) 및 상기 비트라인(20)을 포함하여 제 2 절연층(18) 상에 제 3 및 제 4 절연층(22, 24)을 차례로 형성한다.The third and fourth
상기 비트라인(20)은 예를 들어, 폴리실리콘막(20a) 및 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)(20b), 그리고 반사방지막(anti-reflective coating)(20c)이 순차적으로 적층된 다층막이다.The
상기 제 2 내지 제 4 절연층(18, 22, 24)을 식각 하여 상기 폴리 패드(16)의 일부가 노출되도록 스토리지 노드 콘택홀(contact hole)(26)을 형성한다.The second to fourth
상기 제 1 및 제 3 절연층(14, 22), 그리고 제 4 절연층(24)은 일반적으로 BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass)막이 사용된다.As the first and third
그러나, 상기 제 2 절연층(18)은 상기 BPSG막 보다 상대적으로 식각률이 작은 HTO(High Temperature Oxide)막이 사용된다.However, a high temperature oxide (HTO) film having a smaller etching rate than the BPSG film is used as the second
상기 비트라인 하부 절연층(18)으로서 상기 HTO막을 사용하는 이유는 다음과 같다.The reason why the HTO film is used as the bit line
주변 회로 영역(peripheral region)의 게이트 전극과 비트라인을 전기적으로 접속되도록 하는 경우, 비트라인의 폴리와 게이트 전극의 폴리가 직접 접촉되도록 해야 콘택 저항(contact resistance)을 일정하게 유지할 수 있다.When the gate electrode and the bit line of the peripheral region are to be electrically connected to each other, the contact resistance may be kept constant when the poly of the bit line is directly in contact with the poly of the gate electrode.
상기 게이트 전극은 폴리와 텅스텐 실리사이드의 이중 구조로 형성되어 있기 때문에 콘택 부위의 텅스텐 실리사이드 제거 공정이 필요하다.Since the gate electrode is formed of a double structure of poly and tungsten silicide, a tungsten silicide removal process of a contact portion is required.
상기 텅스텐 실리사이드 제거 공정은 일반적으로 텅스텐 실리사이드 식각용 케미컬(chemical)을 사용하여 수행된다. 상기 텅스텐 실리사이드 제거 공정시 상기 HTO막이 그 하부의 BPSG막의 식각 방지막 역할을 하게 된다.The tungsten silicide removal process is generally carried out using a chemical for tungsten silicide etching. During the tungsten silicide removal process, the HTO layer serves as an etch stop layer of the BPSG layer underneath.
그러나, 상기 비트라인 하부 절연층(18)으로서 HTO막을 사용함에 따라, 스토리지 노드 콘택홀(26) 형성시 참조 번호 28로 나타낸 바와 같이, 서로 다른 절연층의 식각률 차이에 따른 경사(slop)가 발생된다. 상기 HTO막이 상대적으로 느린 식각률을 갖는다.However, as the HTO layer is used as the bit line
상기 식각 경사에 의해 콘택 영역의 면적이 감소되고, 따라서 콘택 저항이 증가되는 문제점이 발생된다. 또한, 콘택 낫 오픈(contact not open) 현상 가능성을 주게 된다.The etching slope decreases the area of the contact region, and thus increases the contact resistance. It also gives the possibility of contact not open phenomenon.
도 3은 종래의 반도체 메모리 장치의 금속 콘택을 보여주는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a metal contact of a conventional semiconductor memory device.
도 3에 있어서, 종래의 반도체 메모리 장치의 주변 회로 영역의 금속 콘택 형성 방법은, 반도체 기판(10) 상에 트랜지스터(30)를 형성하고, 상기 트랜지스터(30)를 포함하여 상기 반도체 기판(10) 상에 제 1 내지 제 4 절연층(14, 18, 22, 24)을 순차적으로 형성한다.In FIG. 3, in the method of forming a metal contact in a peripheral circuit region of a conventional semiconductor memory device, a
상기 제 1 내지 제 4 절연층(14, 18, 22, 24)을 뚫고 트랜지스터(30) 사이의 상기 반도체 기판(10)의 일부가 노출되도록 금속 콘택홀(32)을 형성한다.The
상기 금속 콘택홀(32)도 상기 스토리지 노드 콘택홀(26)과 마찬가지로, 서로 다른 식각률을 갖는 절연층의 계면에서 참조 번호 34로 나타낸 바와 같이, 급격한 경사가 발생된다. 이는 후속 배리어막 형성 및 텅스텐 등과 같은 도전막 필링(filling)시 페일(fail)을 유발하는 문제점이 발생된다. 또한, 상기 급격한 경사는 콘택 낫 오픈의 위험성을 주게 된다.Similar to the storage
상기 콘택 낫 오픈을 방지하기 위해서는 콘택의 선폭(critical dimension)을 증가시켜야 한다. 그러나, 콘택의 선폭을 증가시키면 금속 콘택홀(32)과 그 양측의 트랜지스터(30) 사이의 스페이스 마진(a)이 취약하게 되는 문제점이 발생된다.In order to prevent opening of the contact sickle, the critical dimension of the contact must be increased. However, increasing the line width of the contact causes a problem that the space margin a between the
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스토리지 노드 콘택홀 및 금속 콘택홀 형성시 콘택 낫 오픈 현상 등과 같은 페일을 방지할 수 있고, 금속 콘택과 게이트 전극간의 오정렬 마진을 개선할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and can prevent a failure such as a contact sick opening phenomenon when forming a storage node contact hole and a metal contact hole, and can improve misalignment margin between the metal contact and the gate electrode. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device.
본 발명의 다른 목적은 스토리지 노드 콘택홀 및 금속 콘택홀 형성 부위의 절연층을 단일화시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of unifying an insulating layer of a storage node contact hole and a metal contact hole forming portion.
도 1은 종래의 제조 방법과 본 발명의 제조 방법을 설명하기 위한 반도체 메모리 장치의 레이아웃;1 is a layout of a semiconductor memory device for explaining a conventional manufacturing method and a manufacturing method of the present invention;
도 2는 도 1의 X-X' 라인을 따라 절개한 종래의 반도체 메모리 장치의 단면도;FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor memory device taken along the line X-X 'of FIG. 1; FIG.
도 3은 종래의 반도체 메모리 장치의 금속 콘택을 보여주는 단면도;3 is a cross-sectional view showing a metal contact of a conventional semiconductor memory device;
도 4는 도 1의 X-X' 라인을 따라 절개한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 단면도;4 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention taken along the line X-X 'of FIG.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위해 도 1의 Y-Y' 라인을 따라 절개한 단면도;5A through 5D are cross-sectional views taken along the line Y-Y 'of FIG. 1 to illustrate a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위해 도 1의 Z-Z' 라인을 따라 절개한 단면도;6A through 6D are cross-sectional views taken along the line Z-Z 'of FIG. 1 to illustrate a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 주변 회로 영역의 단면도;7A to 7D are cross-sectional views of a peripheral circuit region for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 금속 콘택을 보여주는 단면도.8 is a cross-sectional view illustrating a metal contact of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
GP1 ~ GP4 : 게이트 폴리 BL1 ~ BL3 : 비트라인GP1 to GP4: Gate poly BL1 to BL3: Bit line
BT : 비트라인 콘택 ST : 스토리지 노드 콘택BT: Bitline contact ST: Storage node contact
10, 100 : 반도체 기판 12, 102 : 소자격리막10, 100:
14, 106 : 제 1 절연층 16 : 폴리 패드14, 106: first insulating layer 16: poly pad
18, 112 : 제 2 절연층 20, 114 : 비트라인18, 112: second
22, 118 : 제 3 절연층 24, 120 : 제 4 절연층22, 118: third
26, 122 : 스토리지 노드 콘택홀 30, 104 : 트랜지스터26, 122: storage
32, 126 : 금속 콘택홀 108 : 패드 콘택홀32, 126: metal contact hole 108: pad contact hole
110 : 도전막 패드 113 : 비트라인 콘택홀110: conductive film pad 113: bit line contact hole
(구성)(Configuration)
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 반도체 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 절연층을 식각 하여 패드 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 패드 콘택홀을 도전막으로 채워서 도전막 패드를 형성하는 단계와; 상기 도전막 패드를 포함하여 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하되, 상기 제 1 절연층과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성하는 단계와; 상기 제 2 절연층 상에 비트라인을 형성하는 단계와; 상기 비트라인 양측의 제 2 절연층을 제거하는 단계와; 상기 비트라인을 포함하여 반도체 기판 전면에 상기 제 1 절연층과 동일한 식각률을 갖는 물질로 제 3 절연층 및 제 4 절연층을 차례로 형성하는 단계와; 상기 제 4 및 제 3 절연층을 식각 하여 상기 도전막 패드의 일부가 노출되도록 스토리지 노드 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, a method of manufacturing a semiconductor memory device comprises the steps of: forming a first insulating layer on a semiconductor substrate; Etching the first insulating layer to form a pad contact hole; Filling the pad contact hole with a conductive film to form a conductive film pad; Forming a second insulating layer on the first insulating layer, including the conductive film pad, and forming a material having an etch selectivity with respect to the first insulating layer; Forming a bit line on the second insulating layer; Removing a second insulating layer on both sides of the bit line; Sequentially forming a third insulating layer and a fourth insulating layer of a material having the same etching rate as that of the first insulating layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the bit line; Etching the fourth and third insulating layers to form a storage node contact hole to expose a portion of the conductive film pad.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층 및 제 3 절연층, 그리고 제 4 절연층 물질은, BPSG이다.In a preferred embodiment of this method, the first and third insulating layers and the fourth insulating layer material are BPSG.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 절연층 물질은, HTO이다.In a preferred embodiment of this method, the second insulating layer material is HTO.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 반도체 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 절연층을 식각 하여 패드 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 패드 콘택홀을 도전막으로 채워서 도전막 패드를 형성하는 단계와; 상기 도전막 패드를 포함하여 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하되, 상기 제 1 절연층과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성하는 단계와; 상기 제 2 절연층 상에 비트라인을 형성하되, 도전층과 반사 방지층이 순차적으로 형성된 다층막을 패터닝 하여 형성하는 단계와; 상기 비트라인 양측의 제 2 절연층을 전면 에치 백 공정으로 식각 하여 제거하는 단계와; 상기 에치 백 공정으로 상기 반사 방지층이 제거되고, 상기 비트라인을 포함하여 반도체 기판 전면에 상기 제 1 절연층과 동일한 식각률을 갖는 물질로 제 3 절연층 및 제 4 절연층을 차례로 형성하는 단계와; 상기 제 4 및 제 3 절연층을 식각 하여 상기 도전막 패드의 일부가 노출되도록 스토리지 노드 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, a method of manufacturing a semiconductor memory device comprises the steps of: forming a first insulating layer on a semiconductor substrate; Etching the first insulating layer to form a pad contact hole; Filling the pad contact hole with a conductive film to form a conductive film pad; Forming a second insulating layer on the first insulating layer, including the conductive film pad, and forming a material having an etch selectivity with respect to the first insulating layer; Forming a bit line on the second insulating layer and patterning a multilayer film having a conductive layer and an anti-reflection layer sequentially formed thereon; Etching and removing the second insulating layers on both sides of the bit line by a front etch back process; Removing the anti-reflection layer by the etch back process and sequentially forming a third insulating layer and a fourth insulating layer of a material having the same etching rate as that of the first insulating layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the bit line; Etching the fourth and third insulating layers to form a storage node contact hole to expose a portion of the conductive film pad.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층 및 제 3 절연층, 그리고 제 4 절연층 물질은, BPSG이다.In a preferred embodiment of this method, the first and third insulating layers and the fourth insulating layer material are BPSG.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 절연층 물질은, HTO이다.In a preferred embodiment of this method, the second insulating layer material is HTO.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층의 제거는, 상기 제 2 절연층 식각에 따른 비트라인의 단차를 보상한다.In a preferred embodiment of the method, the removal of the antireflective layer compensates for the bit line step resulting from the second insulating layer etch.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 셀 어레이 영역과 주변 회로 영역을 갖는 반도체 기판 상에 활성영역과 비활성영역을 정의하여 소자격리막을 형성하는 단계와; 상기 셀 어레이 영역의 활성영역에 게이트 전극을 갖는 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 트랜지스터를 포함하여 반도체 기판 전면에 제 1 절연층을 형성하는 단계와; 상기 셀 어레이 영역의 제 1 절연층을 식각 하여 패드 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 패드 콘택홀을 도전막으로 채워서 도전막 패드를 형성하는 단계와; 상기 도전막 패드를 포함하여 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하되, 상기 제 1 절연층과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성하는 단계와; 상기 셀 어레이 영역의 제 2 절연층 상에 비트라인을 형성하되, 도전층과 반사 방지층이 순차적으로 형성된 다층막을 패터닝 하여 형성하는 단계와; 상기 비트라인 양측 및 상기 주변 회로 영역의 제 2 절연층을 전면 에치 백 공정으로 제거하는 단계와; 상기 에치 백 공정으로 상기 반사 방지층이 제거되고, 상기 비트라인을 포함하여 반도체 기판 전면에 상기 제 1 절연층과 동일한 식각률을 갖는 물질로 제 3 절연층 및 제 4 절연층을 차례로 형성하는 단계와; 상기 제 4 및 제 3 절연층을 식각 하여 상기 도전막 패드의 일부가 노출되도록 스토리지 노드 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 4 및 제 3, 그리고 제 1 절연층을 식각 하여 상기 주변 회로 영역의 게이트 전극 사이의 반도체 기판의 일부가 노출되도록 금속 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, a method of manufacturing a semiconductor memory device comprises the steps of forming an isolation layer by defining an active region and an inactive region on a semiconductor substrate having a cell array region and a peripheral circuit region; Forming a transistor having a gate electrode in an active region of the cell array region; Forming a first insulating layer over the semiconductor substrate including the transistor; Etching a first insulating layer of the cell array region to form a pad contact hole; Filling the pad contact hole with a conductive film to form a conductive film pad; Forming a second insulating layer on the first insulating layer, including the conductive film pad, and forming a material having an etch selectivity with respect to the first insulating layer; Forming a bit line on the second insulating layer of the cell array region, by patterning a multilayer film having a conductive layer and an anti-reflection layer sequentially; Removing a second insulating layer on both sides of the bit line and the peripheral circuit region by a front etch back process; Removing the anti-reflection layer by the etch back process and sequentially forming a third insulating layer and a fourth insulating layer of a material having the same etching rate as that of the first insulating layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the bit line; Etching the fourth and third insulating layers to form a storage node contact hole to expose a portion of the conductive pad; Etching the fourth and third and first insulating layers to form a metal contact hole to expose a portion of the semiconductor substrate between the gate electrodes of the peripheral circuit region.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층 및 제 3 절연층, 그리고 제 4 절연층은, 동일한 식각률을 갖는 물질로 형성된다.In a preferred embodiment of this method, the first insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer are formed of a material having the same etching rate.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층 및 제 3 절연층, 그리고 제 4 절연층 물질은, BPSG이다.In a preferred embodiment of this method, the first and third insulating layers and the fourth insulating layer material are BPSG.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 절연층 물질은, HTO이다.In a preferred embodiment of this method, the second insulating layer material is HTO.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층의 제거는, 상기 제 2 절연층 식각에 따른 비트라인의 단차를 보상한다.In a preferred embodiment of the method, the removal of the antireflective layer compensates for the bit line step resulting from the second insulating layer etch.
(작용)(Action)
본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법은 스토리지 노드 콘택홀 및 금속 콘택홀 형성 부위의 절연층을 단일화시킴으로써, 서로 다른 절연층의 식각률에 따른 콘택 낫 오픈을 방지하고, 금속 콘택과 게이트 전극간의 오정렬 마진을 개선한다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the insulating layers of the storage node contact holes and the metal contact hole forming portions are unified, thereby preventing contact sickness opening due to the etching rate of different insulating layers, and margin of misalignment between the metal contacts and the gate electrodes. To improve.
(실시예)(Example)
도 4 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 셀 어레이 영역과 주변 회로 영역을 갖는 반도체 기판(100) 상에 형성된 제 1 절연층(106)을 식각 하여 패드 콘택홀을 형성한다. 패드 콘택홀을 도전막으로 채워서 도전막 패드(110b)를 형성하고, 도전막 패드(110b)를 포함하여 제 1 절연층(106) 상에 제 1 절연층 물질과 식각 선택비를 갖는 제 2 절연층(112)을 형성한다. 셀 어레이 영역의 제 2 절연층(112) 상에 비트라인(114)을 형성한다. 비트라인(114) 하부를 제외한 나머지 영역의 제 2 절연층(112)을 전면 에치 백 공정으로 제거한다. 비트라인(114')을 포함하여 반도체 기판(100) 전면에 제 3 절연층(118) 및 제 4 절연층(120)을 차례로 형성하고, 이를 식각 하여 셀 어레이 영역에 스토리지 노드 콘택홀(122)을 형성한다. 제 4 절연층 및 제 3 절연층(120, 118), 그리고 제 1 절연층(106)을 식각 하여 주변 회로 영역에 금속 콘택홀(126)을 형성한다. 이와 같은 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 의해서, 비트라인 콘택 및 스토리지 노드 콘택, 그리고 금속 콘택 형성 영역의 절연층의 종류를 단일화시킴으로써, 서로 다른 식각률을 갖는 절연층에 의한 콘택 낫 오픈 현상 및 도전막 필링 페일을 방지할 수 있고, 따라서 콘택의 크기를 줄일 수 있으며, 금속 콘택과 게이트 전극간의 오정렬 마진을 향상시킬 수 있다. 또한, 주변 회로 영역의 금속 콘택의 단차를 줄일 수 있다.4 and 8, a method of manufacturing a novel semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a first insulating
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8.
도 5 내지 도 8에 있어서, 도 4에 도시된 반도체 메모리 장치의 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.In Figs. 5 to 8, the same reference numerals are given to components having the same functions as the components of the semiconductor memory device shown in Fig. 4.
도 4는 도 1의 X-X' 라인을 따라 절개한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention taken along the line X-X 'of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스토리지 노드 콘택 형성 방법은, 반도체 기판(100) 상에 소자격리막(102)을 형성하고, 상기 소자격리막(102)을 포함하여 반도체 기판(100) 상에 제 1 절연층(106)을 형성한다.Referring to FIG. 4, in the method of forming a storage node contact according to an exemplary embodiment of the present invention, a
상기 제 1 절연층(106)을 뚫고 상기 소자격리막(102) 사이의 반도체 기판(100)과 전기적으로 접속되도록 폴리실리콘막 등으로 도전막 패드(110b)를 형성한다.The
상기 소자격리막(102)과 도전막 패드(110b)는 패드 콘택홀 형성 마진을 증가시키기 위해 일부 오버랩(overlap) 되도록 형성된다.The
상기 제 1 절연층(106)과 도전막 패드(110b)는 평탄화된 상부 표면을 갖는다.The first insulating
상기 제 1 절연층(106) 상에 비트라인 하부 절연층(112a)인 제 2 절연층(112a)을 국부적으로 형성하고, 상기 제 2 절연층(112a) 상에 비트라인(114')을 형성한다.A second insulating
상기 비트라인(114')은 예를 들어, 폴리실리콘막(114a) 및 텅스텐 실리사이드막(114b)이 순차적으로 적층된 다층막이다.The
상기 비트라인(114')을 포함하여 반도체 기판(100) 전면에 제 3 절연층(118) 및 제 4 절연층(120)을 차례로 형성한다.The third
상기 제 1 절연층(106) 및 제 3 절연층(118), 그리고 제 4 절연층(120)은 일반적인 층간절연막으로 사용되는 BPSG막이고, 상기 제 2 절연층(112a)은 상기 BPSG막 보다 상대적으로 낮은 식각률을 갖는 HTO막이다.The first insulating
상기 폴리 패드(110b) 상의 제 4 절연층(120) 및 제 3 절연층(118)을 식각 하여 스토리지 노드 콘택홀(122)을 형성한다.The fourth insulating
상기 스토리지 노드 콘택홀(122)은 상기 제 4 및 제 3 절연층(120, 118) 즉, BPSG 단일막을 식각 하여 형성되므로, 균일한 식각률에 의해 스토리지 노드 콘택홀(122)의 입구 면적 대비 하부의 면적이 급격히 작아지는 문제점은 발생되지 않는다.Since the storage node contact holes 122 are formed by etching the fourth and third insulating
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위해 도 1의 Y-Y' 라인을 따라 절개한 단면도이고, 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위해 도 1의 Z-Z' 라인을 따라 절개한 단면도이다.5A to 5D are cross-sectional views taken along the line YY ′ of FIG. 1 to explain a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6A to 6D are semiconductors according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line ZZ 'of FIG. 1 to explain a method of manufacturing a memory device.
도 5a 및 도 6a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 셀 어레이 영역에 있어서, 반도체 기판(100) 상에 통상의 방법으로 소자격리막(102)과 트랜지스터(104a)를 형성한다.5A and 6A, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a
상기 트랜지스터(104a)는 예를 들어, 폴리실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막, 그리고 실리콘 질화막이 순차적으로 적층된 게이트 전극층과, 실리콘 질화막 스페이서로 구성된 게이트 전극을 포함한다.The
상기 트랜지스터(104a)를 포함하여 반도체 기판(100) 전면에 층간절연막인 제 1 절연층(106)을 형성한다. 상기 제 1 절연층(106)은 예를 들어, BPSG막이다.The first insulating
상기 제 1 절연층(106)을 식각 하여 소자격리막(102) 사이 및 트랜지스터(104a) 사이의 반도체 기판(100)이 각각 노출되도록 패드 콘택홀(108a, 108b)을 형성한다.The first insulating
특히, 도 6a의 패드 콘택홀(108b)은 셀프 얼라인 콘택(Self-Aligned Contact; SAC) 방법으로 형성된다.In particular, the
도 5b 및 도 6b에 있어서, 상기 패드 콘택홀(108a, 108b)을 폴리실리콘막 등의 도전막으로 채워서 도전막 패드(110a, 110b)를 형성한다.5B and 6B, the
상기 제 1 절연층(106) 및 상기 도전막 패드(110a, 110b)는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 평탄화 식각 공정에 의해 평탄화된 상부 표면을 갖도록 형성된다.The first insulating
상기 도전막 패드(110a, 110b)를 포함하여 제 1 절연층(106) 상에 제 2 절연층(112)을 형성하되, 상기 제 1 절연층(106)과 식각 선택비(etch selectivity)를 갖는 물질 예를 들어, HTO로 형성된다.A second insulating
도 5c 및 도 6c를 참조하면, 상기 제 2 절연층(112)을 식각 하여 상기 도전막 패드(110a, 110b)의 일부가 노출되도록 비트라인 콘택홀(113a, 113b)을 형성한다. 상기 비트라인 콘택홀(113a, 113b)을 포함하여 제 2 절연층(112) 상에 비트라인 형성용 도전층(114a, 114b)과 반사방지막(114c)이 순차적으로 적층된 다층막을 형성한다.5C and 6C, the second insulating
상기 도전층(114a, 114b)은 예를 들어, 폴리실리콘막 및 텅스텐 실리사이드막이 적층된 다층막이고, 상기 반사방지막(114c)은, PE-TEOS막과 실리콘 질화막(SiON)이 적층된 다층막이다.The
상기 도전층(114a, 114b) 및 반사방지막(114c)을 비트라인 형성 마스크인 포토레지스트막 패턴(photoresist layer pattern)(도면에 미도시)을 사용하여 식각 한다. 그러면, 비트라인(114)이 형성된다.The
마지막으로, 상기 포토레지스트막 패턴을 제거한 후, 전면 에치 백(etch back) 공정을 수행하여 상기 비트라인(114) 하부를 제외한 상기 비트라인(114) 양측의 제 2 절연층(112)을 제거하면 도 5d 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 셀 어레이 영역의 비트라인 콘택이 형성된다.Finally, after removing the photoresist layer pattern, a second etch back process is performed to remove the second insulating
상기 전면 에치 백 공정으로 상기 반사방지막(114c)이 제거되어 상기 비트라인(114')에 의한 단차가 종래와 비교하여 비슷하게 유지된다.The
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 주변 회로 영역의 단면도이다.7A to 7D are cross-sectional views of a peripheral circuit region for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 주변 회로 영역에 있어서, 반도체 기판(100) 상에 통상의 방법으로 소자격리막(102) 및 트랜지스터(104b)를 형성한다.Referring to FIG. 7A, in the method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, a
상기 트랜지스터(104b)를 포함하여 반도체 기판(100) 상에 예를 들어, BPSG로 제 1 절연층(106)을 형성한다.The first insulating
도 7b에 있어서, 상기 제 1 절연층(106) 상에 상기 제 1 절연층(106)과 식각 선택비를 갖는 물질 예를 들어, HTO로 제 2 절연층(112)을 형성한다.In FIG. 7B, the second insulating
도 7c를 참조하면, 상기 제 2 절연층(112) 및 제 1 절연층(106)을 식각 하여 반도체 기판(100)의 일부가 노출되도록 비트라인 콘택홀(113c)을 형성한다.Referring to FIG. 7C, the second insulating
상기 비트라인 콘택홀(113c)을 포함하여 상기 제 2 절연층(112) 상에 비트라인 형성용 도전층 및 반사방지막이 순차적으로 적층된 다층막을 형성한다.A multilayer film including a bit line forming conductive layer and an anti-reflection film is sequentially formed on the second insulating
상기 다층막을 상기 셀 어레이 영역의 비트라인 형성 방법과 마찬가지로, 포토레지스트막 패턴(도면에 미도시)을 사용하여 패터닝 하여 비트라인을 형성한다.The multilayer film is patterned using a photoresist film pattern (not shown) to form a bit line in the same manner as the bit line forming method of the cell array region.
그리고, 전면 에치 백 공정을 수행하여 상기 비트라인(114) 하부에 형성된 제 2 절연층(112a)을 제외한 나머지 영역의 제 2 절연층(112)을 모두 제거하면 도 7d에 도시된 바와 같이, 주변 회로 영역의 비트라인 콘택이 형성된다.In addition, when the second etch back process is performed to remove all of the second insulating
상기 전면 에치 백 공정으로 상기 반사방지막(114c)이 제거되어 상기 비트라인(114')에 의한 단차가 종래와 비교하여 비슷하게 유지된다.The
상기 비트라인(114) 양측의 제 2 절연층(112)을 제거함으로써 후속 공정으로 수행되는 스토리지 노드 콘택홀(122) 형성시 도 4에 도시된 바와 같이, 단일화된 절연층 구조를 형성할 수 있고, 이로써 급격한 경사를 갖지 않는 스토리지 노드 콘택홀(122) 형성이 가능하게 된다.As shown in FIG. 4, when the storage
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 금속 콘택을 보여주는 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating a metal contact of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 주변 회로 영역의 금속 콘택 형성 방법은, 반도체 기판(100) 상에 트랜지스터(104c)를 형성하고, 상기 트랜지스터(104c)를 포함하여 반도체 기판(100) 상에 다층 절연층(106, 118, 120)을 차례로 형성한다.Referring to FIG. 8, in the method of forming a metal contact in a peripheral circuit region of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, a
상기 다층 절연층(106, 118, 120)을 식각 하여 상기 트랜지스터(104c) 사이의 반도체 기판(100)의 일부가 노출되도록 금속 콘택홀(126)을 형성한다.The multilayer insulating
상기 금속 콘택홀(126)과 상기 트랜지스터(104c)의 스페이스 마진(b)은 종래에 비해 상대적으로 증가된다.The space margin b of the
이것은 상기 다층 절연층(106, 118, 120)이 동일한 식각률을 갖는 물질 예를 들어, 각 절연층이 모두 BPSG로 형성되기 때문에 가능하다.This is possible because the
이미 상술한 전면 에치 백 공정에 의해서, 금속 콘택홀 형성 부위의 HTO막이 제거되었기 때문에 절연층의 식각률 차이에 의한 콘택 낫 오픈과 같은 위험성이 없게 된다. 상기 HTO막은 상기 BPSG막 보다 상대적으로 느린 식각률을 갖는다.Since the HTO film in the metal contact hole forming portion is removed by the above-described front etch back process, there is no risk of contact sick opening due to the difference in etching rate of the insulating layer. The HTO film has a relatively slow etching rate than the BPSG film.
또한, 상기 제 HTO막의 제거에 의해 그 만큼 금속 콘택의 단차가 줄어들게 된다.In addition, the step of the metal contact is reduced by the removal of the HTO film.
본 발명은 비트라인 콘택 및 스토리지 노드 콘택, 그리고 금속 콘택 형성 영역의 절연층의 종류를 단일화시킴으로써, 서로 다른 식각률을 갖는 절연층에 의한 콘택 낫 오픈 현상 및 도전막 필링 페일을 방지할 수 있고, 따라서 콘택의 크기를 줄일 수 있으며, 금속 콘택과 게이트 전극간의 오정렬 마진을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 주변 회로 영역의 금속 콘택의 단차를 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by unifying the types of the insulating layers of the bit line contacts, the storage node contacts, and the metal contact forming regions, the contact sickle opening phenomenon and the conductive film peeling failure due to the insulating layers having different etching rates can be prevented. The size of the contact can be reduced, and the misalignment margin between the metal contact and the gate electrode can be improved. In addition, there is an effect that can reduce the step difference of the metal contact in the peripheral circuit area.
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