KR100673129B1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1) 반도체 기판 상부에 비트라인 배리어 금속, 비트라인 및 하드마스크를 순차적으로 적층하는 단계; 2) 상기 하드마스크 상부에 제1 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 3) 상기 하드마스크 패턴 상부에 매립부와 개구부가 교대로 존재하는 제2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 4) 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 하부 적층구조를 식각하는 단계; 5) 상기 제2 감광막 패턴을 제거한 후 상기 하드마스크 패턴 사이를 층간절연막으로 매립하는 단계; 6) 상기 하드마스크 패턴을 마스크로 하부 적층구조를 식각하여 비트라인을 형성하는 단계; 및 7) 비트라인 측벽에 스페이서를 형성한 후 전체 표면 상부에 평탄화된 층간절연막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 종래의 공정에서 큰 변화를 주지 않으면서도 비트라인 형성시 높은 애스팩트비로 인해 패턴이 붕괴되는 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, 1) sequentially stacking a bit line barrier metal, a bit line and a hard mask on the semiconductor substrate; 2) forming a first photoresist pattern on the hard mask, and then forming a hard mask pattern using the first photoresist pattern as a mask; 3) forming a second photoresist layer pattern in which the buried portion and the opening are alternately present on the hard mask pattern; 4) etching the lower stacked structure using the second photoresist pattern as a mask; 5) removing the second photoresist pattern and filling the interlayer insulating layer between the hard mask patterns; 6) forming a bit line by etching the lower layer structure using the hard mask pattern as a mask; And 7) forming a planarized interlayer insulating film over the entire surface after forming the spacers on the sidewalls of the bit lines. The method of the present invention has the advantage that it is possible to solve the problem of collapse of the pattern due to the high aspect ratio in forming the bit line without large changes in the conventional process.
Description
도 1a 내지 도 1f는 종래 반도체 소자 제조 과정을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a conventional semiconductor device manufacturing process.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 반도체 소자 제조 과정을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11,110 ; 활성영역, 12,120 ; 필드산화막,11,110; Active area, 12,120; Field Oxide,
13,130 ; 층간절연막, 14,140 ; 랜딩 플러그 폴리,13,130; Interlayer insulating film, 14,140; Landing plug pulley,
15,150 ; 층간절연막, 16,160 ; 비트라인 배리어 금속,15,150; Interlayer insulating film, 16,160; Bitline barrier metal,
17,170 ; 비트라인, 18,180 ; 하드마스크,17,170; Bitline, 18,180; Hard Mask,
19,190 ; 제1 감광막 패턴, 200 ; 하드마스크 패턴,19,190; A first photosensitive film pattern, 200; Hardmask Pattern,
210 ; 제2 감광막 패턴 22,220 ; 스페이서210; Second photosensitive film pattern 22,220; Spacer
23,230 ; 층간절연막23,230; Interlayer insulation film
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비트라인 마스크 공정시 비트라인 선폭의 감소에 따라 애스팩트비가 증가하여 비트라인 이 붕괴되는 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing the collapse of the bit line by the aspect ratio increases with the decrease of the bit line line width during the bit line mask process. It is about.
종래의 비트라인 공정 과정을 도 1a 내지 도 1f에 도시하였다.A conventional bit line process is illustrated in FIGS. 1A-1F.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판의 활성영역(11)에 필드산화막(12)을 형성한 후, 게이트(미도시)를 형성한다.Referring to FIG. 1A, after forming the
도 1b를 참조하면, 게이트 사이의 공간을 층간절연막(13)으로 매립하고, 랜딩 플러그 폴리(14)를 증착한 후 CMP (chemical mechenical polishing) 공정에 의해 평탄화시킨다.Referring to FIG. 1B, the space between the gates is filled with the
도 1c를 참조하면, 비트라인과 저장전극 콘택(SNC)과의 쇼트(short) 방지를 위해 층간절연막(15)을 증착한다.Referring to FIG. 1C, an
도 1d를 참조하면, 전체 표면 상부에 비트라인 배리어 금속(16), 비트라인(17) 및 하드마스크(18)를 순차적으로 적층한다.Referring to FIG. 1D, the bit
도 1e를 참조하면, 하드마스크(18) 상부에 감광막 패턴(19)을 형성한 후, 상기 감광막 패턴(19)을 식각방지막으로 하부 비트라인 적층구조를 식각한다.Referring to FIG. 1E, after the
도 1f를 참조하면, 비트라인 측벽에 스페이서(22)를 형성한 후 비트라인 사이 공간을 층간절연막(23)으로 매립한다. 이때, 반도체 소자 제조 공정이 점점 미세화되어 비트라인(17)의 선폭이 줄어듦에 따라 비트라인 배리어 금속(16), 비트라인(17) 및 하드마스크(18)의 적층구조를 갖는 비트라인 패턴의 애스팩트비(aspect ratio)가 커지게 되어 패턴이 붕괴되는 현상이 발생하게 된다.Referring to FIG. 1F, the spacers 22 are formed on the sidewalls of the bit lines, and the spaces between the bit lines are filled with the
따라서, 공정의 미세화가 점점 진행되어 비트라인의 선폭이 계속적으로 줄어듦에도 불구하고 비트라인 마스크 공정을 현재와 같이 단일 공정으로 진행한다면 비트라인 패턴이 붕괴되는 현상을 벗어날 수 없으므로, 종래의 공정에서 큰 변화를 주지 않고도 상기와 같은 비트라인 붕괴 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.Therefore, even if the process becomes smaller and the line width of the bit line continues to decrease, if the bit line mask process is carried out in a single process as in the present, the bit line pattern may not collapse. There is a need for a solution that can solve the bit line collapse problem without changing.
본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 소자 제조방법상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비트라인 마스크 진행시 감광막으로 하드마스크를 먼저 패터닝한 후, 상기 패터닝된 하드마스크을 매립된 부분과 개구부가 교대로 존재하도록 감광막 패턴을 재형성한 후 식각공정을 진행함으로써 비트라인 선폭의 감소에 따른 붕괴 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional semiconductor device manufacturing method as described above, after the hard mask is first patterned with a photoresist film during the bit line mask process, the portion and the opening where the patterned hard mask is buried alternately present It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing the collapse phenomenon caused by the reduction of the bit line line width by performing the etching process after reforming the photoresist pattern.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
1) 반도체 기판 상부에 비트라인 배리어 금속, 비트라인 및 하드마스크를 순차적으로 적층하는 단계;1) sequentially depositing a bit line barrier metal, a bit line, and a hard mask on the semiconductor substrate;
2) 상기 하드마스크 상부에 제1 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 제1 감광막 패턴을 마스크로 하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;2) forming a first photoresist pattern on the hard mask, and then forming a hard mask pattern using the first photoresist pattern as a mask;
3) 상기 하드마스크 패턴 상부에 매립부와 개구부가 교대로 존재하는 제2 감광막 패턴을 형성하는 단계;3) forming a second photoresist layer pattern in which the buried portion and the opening are alternately present on the hard mask pattern;
4) 상기 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 하부 적층구조를 식각하는 단계;4) etching the lower stacked structure using the second photoresist pattern as a mask;
5) 상기 제2 감광막 패턴을 제거한 후 상기 하드마스크 패턴 사이를 층간절 연막으로 매립하는 단계;5) removing the second photoresist pattern and filling the interlayer insulation film between the hard mask patterns;
6) 상기 하드마스크 패턴을 마스크로 하부 적층구조를 식각하여 비트라인을 형성하는 단계; 및6) forming a bit line by etching the lower layer structure using the hard mask pattern as a mask; And
7) 비트라인 측벽에 스페이서를 형성한 후 전체 표면 상부에 평탄화된 층간절연막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.7) forming a spacer on the sidewalls of the bit line, and then forming a planarized interlayer insulating film over the entire surface thereof.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시하는 단면도로서, 그 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.
도 2a를 참조하면, 소정의 하부구조를 구비한 반도체 기판의 활성영역(110) 상부에 비트라인 배리어 금속(160), 비트라인(170) 및 하드마스크(180)를 순차적으로 적층한 후, 상기 하드마스크 상부에 제1 감광막 패턴(190)을 형성한다. 이때, 상기 제1 감광막 패턴(190)은 비트라인 마스크를 이용하여 형성한다.Referring to FIG. 2A, after the bit
도 2b를 참조하면, 상기 제1 감광막 패턴(190)을 마스크로 상기 하드마스크(180)를 식각하여 하드마스크 패턴(200)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, the
도 2c를 참조하면, 상기 하드마스크 패턴(200) 사이가 매립된 부분과 개구부가 교대로 존재하도록 제2 감광막 패턴(210)을 형성한다. 상기 제2 감광막 패턴(210)은 애스팩트비가 큰 비트라인을 2회로 나누어 식각하여 붕괴를 방지하기 위해 도입된 것으로서, 2회로 나누어 식각하여도 붕괴될 위험이 있을 정도로 비트라인의 애스팩트비가 큰 경우에는 개구부보다 매립된 부분의 비율이 더 크도록 제2 감광막 패턴을 형성한 후, 추가로 제3 감광막 패턴을 도입할 수도 있다.Referring to FIG. 2C, the second
도 2d를 참조하면, 상기 제2 감광막 패턴(210)을 마스크로 하여 하부 적층구조를 식각한 후, 상기 제2 감광막 패턴을 제거한다.Referring to FIG. 2D, after etching the lower stacked structure using the second
도 2e를 참조하면, 하드마스크 패턴(200) 사이의 공간을 층간절연막(230)으로 매립한 후, 상기 하드마스크 패턴(200)을 마스크로 하부 적층구조를 식각하여 비트라인을 형성한다. 상기 과정은 하드마스크(180)와 타구조물간의 식각선택비 차이를 이용하여 수행되며, 상기와 같이 하드마스크 패턴(200)을 마스크로 사용함으로써 별도의 추가 마스크 공정이 필요하지 않아 공정 단계를 줄일 수 있다.Referring to FIG. 2E, after filling the space between the
도 2f를 참조하면, 비트라인 측벽에 스페이서(220)를 형성한 후 전체 표면 상부를 층간절연막(230)으로 도포하고 평탄화 공정을 수행한다. 상기 평탄화 공정은 바람직하게는 CMP 공정에 의해 진행되며, 상기 CMP 공정은 2회 이상으로 나누어 진행할 수도 있고, 공정의 단순화를 위해 한번에 진행할 수도 있다.Referring to FIG. 2F, after forming the
본 발명에서는 비트라인 형성시 종래의 방법과는 달리 식각 공정을 2회로 나누어 진행함으로써, 먼저 식각된 비트라인들이 나중에 식각될 가운데 비트라인들을 지지해주어 실질적으로 애스팩트비를 낮추어 주는 역할을 하게 되므로 비트라인 붕괴 문제를 효과적으로 해결할 수 있게 된다.In the present invention, unlike the conventional method in forming a bit line, the etching process is divided into two processes, so that the first etched bit lines serve to lower the aspect ratio by supporting the bit lines in the middle to be etched later. It can effectively solve the line collapse problem.
또한, 애스팩트비가 높은 패턴을 형성할 때 식각 과정을 2회 또는 그 이상으로 나누어 진행함으로써 패턴이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다는 사상은 본 발명에서 적용한 비트라인 뿐만 아니라 애스팩트비가 증가되어 패턴의 붕괴 문제를 야기시킬 수 있는 모든 공정에 광범위하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 캐패시터 용량 확보를 위해 저장전극의 깊이가 점점 커지게 되는 저장전극 형성 공정 등에도 동일 하게 적용될 수 있다. 본 발명의 방법은 4,000Å 이상, 바람직하게는 4,500Å 이상의 애스팩트비를 갖는 패턴 형성 공정에 유용하게 사용될 수 있다.In addition, the idea that the pattern can be prevented from being collapsed by dividing the etching process twice or more when forming a pattern having a high aspect ratio is not only a bit line applied in the present invention but also an aspect ratio is increased to collapse the pattern. It can be widely applied to any process that can cause problems. For example, the same may be applied to a storage electrode forming process in which the depth of the storage electrode is gradually increased to secure the capacitor capacity. The method of the present invention can be usefully used in a pattern forming process having an aspect ratio of at least 4,000 kPa, preferably at least 4,500 kPa.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법은 종래의 공정에서 큰 변화를 주지 않으면서도 비트라인 형성시 높은 애스팩트비로 인해 패턴이 붕괴 되는 문제점을 해소할 수 있는 방법으로서, 비트라인 형성 공정뿐만 아니라 높은 애스팩트비로 인해 패턴의 붕괴를 야기시킬 수 있는 모든 공정에 유용하게 적용될 수 있다.As described above, the method of the present invention can solve the problem of pattern collapse due to high aspect ratio during bit line formation without large change in the conventional process. It can be usefully applied to all processes that can cause the pattern to collapse due to the aspect ratio.
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