KR100230353B1 - Method of forming a contact hole in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 장치에 있어서 주위 배선과의 단락 불량이 없도록 자체정렬(self-align)적으로 콘택트(contact)를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 표면에 제1절연층이 형성되어 있는 반도체 기판상에 일정한 간격으로 두 개의 제1전도층을 패턴형성시키는 제1공정과, 상기 결과물 전면에 제2절연층을 평탄하게 형성시키고 그 위에 식각 마스크막을 형성시키는 제2공정과, 상기 제1전도층들 사이에 형성될 예정인 콘택트홀 보다 크게 상기 식각 마스크막을 제거하고 남아있는 식각 마스크막과 상기 제1전도층을 마스크로하여 상기 제2절연층과 제1절연층을 연속제거해주는 제3공정과, 상기 결과물상에 제3절연층과 제4절연층을 차례로 형성시켜준 후 상기 식각 마스크막의 표면이 노출되도록 표면을 평탄화시키는 제4공정과, 상기 식각 마스크막을 마스크로 하여 상기 제3,4절연층의 일부를 제거한 후 노출된 상기 제2절연층 측벽에 절연 스페이서를 형성시켜주는 제5공정과, 상기 잔존하는 제4절연층과 식각 마스크막을 제거하고 전면 식각하여 콘택트홀을 형성하고 제2전도층을 충진시켜주는 제6공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a self-aligned contact in a semiconductor device so that there is no short circuit defect with surrounding wiring. A first step of patterning two first conductive layers at regular intervals, a second step of forming a second insulating layer evenly on the entire surface of the resultant, and forming an etch mask layer thereon; and between the first conductive layers A third process of removing the etch mask layer larger than a contact hole to be formed in the semiconductor substrate, and continuously removing the second insulating layer and the first insulating layer using the remaining etch mask layer and the first conductive layer as a mask; A fourth step of forming a third insulating layer and a fourth insulating layer on the substrate, and then planarizing the surface to expose the surface of the etching mask layer; and using the etching mask layer as a mask. A fifth process of forming an insulating spacer on the exposed sidewalls of the second insulating layer after removing a portion of the third and fourth insulating layers; and removing the remaining fourth insulating layer and the etching mask layer and etching the entire surface to contact the insulating spacers. And a sixth step of forming a hole and filling the second conductive layer.
본 발명에 의하면 배선층과 단락불량없이 자체정렬적으로 콘택트를 형성할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to form contacts in self-alignment without a short circuit defect with the wiring layer.
Description
제1(a)도-제1(e)도는 종래기술에 의해 콘택트홀 형성과정을 나타낸 단면도.1 (a) to 1 (e) are cross-sectional views showing a process of forming a contact hole according to the prior art.
제2(a)도-제2(f)도는 본 발명에 의한 콘택트홀 형성과정을 나타내는 단면도.2 (a) to 2 (f) is a cross-sectional view showing a process for forming a contact hole according to the present invention.
본 발명은 반도체 장치에서의 콘택트홀 형성방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치에 있어서 주위 배선과의 단락 불량이 없도록 자기정합(self-align)방식으로 콘택트(contact) 홀을 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a contact hole in a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a contact hole in a self-aligned manner such that there is no short circuit defect with a peripheral wiring in a semiconductor device.
일반적으로 반도체 집적회로에서 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 소자간의 내부배선을 위한 콘택트홀(contact hole)의 형성은 더욱 어렵게 된다. 특히 배선간의 간격이 매우 좁아지게 되어 배선층 사이에 형성되는 콘택트홀의 형성은 더욱 문제가 되어, 배선측 측벽에 스페이서를 형성시켜 자기정합방식으로 형성시켜주는 것이 일반적으로 사용되기에 이르렀다.In general, as the degree of integration of semiconductor devices increases in semiconductor integrated circuits, it is more difficult to form contact holes for internal wiring between devices. In particular, the gap between the wirings becomes very narrow, and the formation of contact holes formed between the wiring layers becomes more problematic, and it is generally used to form spacers on the wiring sidewalls and form them in a self-aligning manner.
배선층간의 콘택트홀 형성에 관하여 종래의 일반적인 방법을 첨부한 제1(a)도-제1(e)도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The formation of contact holes between wiring layers will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (e) to which a conventional general method is attached.
제1(a)도에서 보여지듯이 실리콘 기판(11)상에 절연막(12)을 형성하고 그 위에 폴리 실리콘층등으로 구성된 제1전도층(13)과 나이트라이드나 옥사이드등 제1절연층(14)을 차례로 적층한 후 통상의 사진 식각기술을 이용하여 제1전도층(13)과 제1절연층(14)으로 이루어진 패턴을 형성한다.As shown in FIG. 1 (a), an insulating film 12 is formed on a silicon substrate 11, and a first conductive layer 13 made of a polysilicon layer or the like and a first insulating layer 14 such as nitride or oxide are formed thereon. ) Are sequentially stacked to form a pattern consisting of the first conductive layer 13 and the first insulating layer 14 by using a conventional photolithography technique.
이어서 제1(b)도에서 보여지듯이 전면에 제2절연층을 전면에 도포하고 에치백하여 상기 제1전도층과 제1절연층으로 형성된 패턴의 측벽에 스페이서(15)를 형성시켜주어 상기 제1전도층(13)의 상부표면과 측벽을 아이솔레이션(isolation)시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 1 (b), the spacer 15 is formed on the sidewall of the pattern formed by applying the second insulating layer to the entire surface and etching back to form the first conductive layer and the first insulating layer. 1 The upper surface and sidewalls of the conductive layer 13 are isolated.
이어서 제1(c)도에서 보여지듯이 전면에 플로우(flow)가 가능한 BPSG막, SOG막등이나 산화막등 제3절연층(16)을 전면에 도포한 후 통상의 평탄화법이나 플로우에 의해 표면을 평탄화시켜준 뒤 전면에 포토레지스트(17)을 도포하고 콘택트홀이 형성될 부위만을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성해준다.Subsequently, as shown in FIG. 1 (c), the third insulating layer 16 such as a BPSG film, an SOG film, an oxide film, or the like that can be flowed on the entire surface is applied to the entire surface, and then the surface is planarized by a normal planing method or flow After the photoresist 17 is applied to the entire surface, only the portion where the contact hole is to be formed is removed to form a photoresist pattern.
이어서 제1(d)도에서 보여지듯이 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각공정으로 콘택트홀을 형성시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 1 (d), a contact hole is formed by an etching process using the photoresist pattern as an etching mask.
이어서 제1(e)도에서 보여지듯이 전면에 제2전도층(17)을 도포한 후 통상의 사진 식각공정에 의해 패턴을 형성하여 금속배선을 완성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1 (e), the second conductive layer 17 is coated on the entire surface, and then a pattern is formed by a normal photolithography process to complete metal wiring.
그러나 상기의 종래기술에서는 상기 제1(d)도에서 보여지는 것처럼 콘택트홀 형성을 위한 상기 제3절연층(16)과 절연산화막(12)을 제거할 때, 상기 제1절연층(14)과 스페이서(15)의 일부가 과도식각되어, 상기 제1전도층(13)과 제2전도층(17)간에 누설전류가 증가하거나 심지어는 단락(short)이 발생하는 등 배선의 신뢰성이 매우 저하하게 된다.However, in the prior art, when the third insulating layer 16 and the insulating oxide film 12 for forming the contact holes are removed as shown in FIG. 1 (d), the first insulating layer 14 and A portion of the spacer 15 is excessively etched so that the reliability of the wiring is very low, such as an increase in leakage current or even short circuit between the first conductive layer 13 and the second conductive layer 17. do.
한편, 상기 제3절연층(16)을 플로우가 가능한 BPSG막이나 SOG막 대신에 LTO(Low Temperature Oxide)막과 같은 통상의 절연막을 사용하는 경우 콘택트 형성시 상기와 같은 과도식각등의 문제점은 심각하게 발생하지 않으나 콘택트홀 부위의 스텝 커버리지(step coverage)가 매우 불량하게 되어 후속되는 제2전도층(17) 형성을 위한 사진 식각공정시 심한 단차에 의해 스트링거(stringer)가 형성되는 문제점이 발생된다.On the other hand, when a conventional insulating film such as a low temperature oxide (LTO) film is used in place of the BPSG film or SOG film that can flow the third insulating layer 16, problems such as the excessive etching when forming a contact are serious. Although it does not occur, the step coverage of the contact hole is very poor, and a problem occurs in that a stringer is formed by a severe step in the subsequent photolithography process for forming the second conductive layer 17. .
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여, 먼저 형성된 배선층을 이용하여 자기정합방식으로 누설전류 및 스트링거가 없는 우수한 콘택트를 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming an excellent contact without leakage current and stringer in a self-matching manner by using a wiring layer formed first, in view of the problems of the prior art as described above.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 콘택트 형성방법은, 표면에 제1절연층이 형성되어 있는 반도체기판상에 제1전도층 패턴을 형성시키는 제1공정과, 상기 결과물 전면에 제2절연층을 평탄하게 형성시키고 그 위에 식각 마스크막을 형성시키는 제2공정과, 상기 제1전도층들 사이에 형성될 예정인 콘택트홀 보다 크게 상기 식각 마스크막을 제거하고 남아있는 식각 마스크막과 상기 제1전도층을 마스크로 하여 상기 제2절연층과 제1절연층을 연속제거해주는 제3공정과, 상기 결과물상에 제3절연층과 제4절연층을 차례로 형성시켜준 후 상기 식각 마스크막의 표면이 노출되도록 표면을 평탄화시키는 제4공정과, 상기 식각 마스크막을 마스크로 하여 상기 제3,4절연층의 일부를 제거한 후 노출된 상기 제2절연층 측벽에 절연 스페이서를 형성시켜주는 제5공정과, 상기 잔존하는 제4절연층과 식각 마스크막을 제거하고 전면 식각하여 콘택트홀을 형성하고 제2전도층을 충진시켜주는 제6공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.A contact forming method according to the present invention for achieving the above object comprises a first step of forming a first conductive layer pattern on a semiconductor substrate having a first insulating layer formed on its surface, and a second insulating on the entire surface of the resultant A second process of forming the layer flat and forming an etch mask layer thereon; removing the etch mask layer larger than a contact hole to be formed between the first conductive layers, and leaving the etch mask layer and the first conductive layer Using the mask as a mask to continuously remove the second insulating layer and the first insulating layer, and subsequently forming a third insulating layer and a fourth insulating layer on the resultant, so that the surface of the etching mask layer is exposed. And forming an insulating spacer on the exposed sidewalls of the second insulating layer after removing a part of the third and fourth insulating layers using a fourth process of planarizing the surface and the etching mask layer as a mask. A fifth step of removing the fourth insulating layer and the etching mask film and the remaining characterized by having been made in the sixth step that the front etched to form a contact hole and to fill the second conductive layer.
이하 본 발명이 구체화된 실시예를 첨부한 제2(a)도-제2(f)도를 참조하여 상세히 설명하겠다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (f).
제2(a)도는 실리콘 기판(21)상에 제1절연층(22)을 형성시키고 전도성 물질을 도포한 후 일정한 간격을 갖는 임의의 제1전도층의 패턴(23)을 형성시켜준 것을 나타낸 단면도이다.FIG. 2 (a) shows that the first insulating layer 22 is formed on the silicon substrate 21, the conductive material is applied, and then the pattern 23 of any first conductive layer having a predetermined interval is formed. It is a cross section.
상기 제1절연층(22)는 통산 절연 산화막이며, 상기 제1전도층(23)은 폴리 실리콘층 또는 폴리 실리콘과 실리사이드로 구성된 폴리사이드 구조로 되어 있다.The first insulating layer 22 is a cumulative insulating oxide film, and the first conductive layer 23 has a polysilicon structure composed of a polysilicon layer or polysilicon and silicide.
제2(b)도는 전면에 제2절연층(24)을 형성시켜준 후 평탄화시키고 이어서 식각 마스크막(25)을 형성시켜준 것을 나타낸 단면도이다.FIG. 2 (b) is a cross-sectional view illustrating that the second insulating layer 24 is formed on the entire surface, and then planarized to form an etching mask layer 25.
상기 제2 절연층(24)은 실리콘 산화막 또는 질화막인 경우 포토레지스트 에치백방식으로 평탄화시켜주거나 BPSG,SOG등 플로우가 가능한 절연막인 경우 리플로우(reflow)시켜 평탄화시켜줄 수 있다. 또한 상기 식각 마스크막(25)은 폴리 실리콘이나 티타늄나이트라이드(TiN)등 상기 제2절연층(24)보다 식각 선택비가 큰 물질로 형성시켜 준다.The second insulating layer 24 may be planarized by a photoresist etchback method in the case of a silicon oxide film or a nitride film, or may be reflowed and planarized in the case of an insulating film capable of flow such as BPSG and SOG. In addition, the etching mask layer 25 may be formed of a material having a larger etching selectivity than the second insulating layer 24 such as polysilicon or titanium nitride (TiN).
제2(c)도는 상기 제1전도층(23) 사이에 콘택트홀이 형성될 부분 보다 크게 통상의 사진 식각 공정을 이용하여 식각 마스크막(25)을 제거하고, 이어서 상기 잔존하는 식각 마스크막(25)을 마스크로하여 상기 제2절연층(24)을 제거하고, 노출된 제1전도층(23)을 마스크로 하여 제2절연층(24)과 그 하부의 제1절연층(22)을 연속 제거하여 콘택트 부위를 형성시켜준 것을 나타낸다.FIG. 2 (c) shows that the etching mask layer 25 is removed using a conventional photolithography process, which is larger than the portion where the contact hole is to be formed between the first conductive layers 23, and then the remaining etching mask layer ( The second insulating layer 24 is removed using the mask 25 as a mask, and the second insulating layer 24 and the first insulating layer 22 thereunder are removed using the exposed first conductive layer 23 as a mask. The removal was performed continuously to form a contact site.
제2(d)도는 상기 제1전도층(23)과 콘택트와의 전기적 분리를 위하여 기판 전면에 제3절연층(26)과 제4절연층(27)을 연속하여 형성시켜준 뒤 평탄화시켜 콘택트 부위를 제외한 재3,4절연층을 제거하여 상기 식각마스크막을 노출시킨 것을 나타낸다.FIG. 2 (d) shows that the third insulating layer 26 and the fourth insulating layer 27 are continuously formed on the entire surface of the substrate for electrical separation between the first conductive layer 23 and the contact, and then planarized. The etching mask layer is exposed by removing the 3rd and 4th insulating layers except for the portion.
상기 제3절연층(26)은 산화막 또는 질화막이며, 제4절연층(27)은 SOG(Spin On Glass)막, PR(Photo Resist)막, BPSG막등 플로우가 가능한 막을 사용하며, 이때 상기 제3절연층(26)과 제4절연층(27)은 식각 선택비가 커서 제3절연층(26)의 손실없이 제4절연층(27)을 제거할 수 있을 정도이어야 한다. 실제로 산화막과 SOG막의 경우 습식식각시 식각선택비가 20:1이상이며, 건식 식각시 1:1정도이다.The third insulating layer 26 may be an oxide film or a nitride film, and the fourth insulating layer 27 may be formed using a flowable film such as a spin on glass (SOG) film, a photo resist (PR) film, a BPSG film, and the like. The insulating layer 26 and the fourth insulating layer 27 should be large enough to remove the fourth insulating layer 27 without losing the third insulating layer 26 due to the large etch selectivity. In fact, in the case of the oxide film and the SOG film, the etching selectivity is 20: 1 or more during wet etching, and about 1: 1 in dry etching.
제2(e)도 다시 잔존하는 상기 식각 마스크막(25)을 마스크로하여 콘택트 부위에 있는 제3,4절연층(26,27)의 일부를 제거해준 뒤 노출된 상기 제2절연층(24)의 측벽에 절연성 스페이서(28)를 형성시켜준 것을 나타낸 것이다.The second insulating layer 24 is exposed after removing a part of the third and fourth insulating layers 26 and 27 at the contact region by using the etching mask layer 25 remaining as a mask as the second (e) again. It is shown that the insulating spacer 28 is formed on the side wall.
상기 절연성 스페이서(28)는 산화막 또는 질화막이며, 상기 스페이서(28)를 형성시켜준 것은 상기 제1존도층(23)상에 남아있는 산화막등의 두께를 콘택트부 하부에 남아있는 제3절연층(26)인 산화막등의 두께보다 두껍게 유지하여 후속되는 콘택트홀 형성을 위한 전면 식각시 제1전도층(23)이 노출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서 상기 스페이서(28)의 길이는 상기 제1전도층(23)을 커버할 수 있도록 조정한다. 또한 상기 스페이서(28)는 상기 제2,3절연층과 식각선택비가 큰 물질을 사용하여 상기 전면 식각때 상기 제1전도층 부분의 절연막이 식각되지 않고 남아 있게 할 수도 있다.The insulating spacer 28 is an oxide film or a nitride film, and the spacer 28 is formed on the third insulating layer having the thickness of the oxide film or the like remaining on the first conductive layer 23 remaining under the contact portion. This is to prevent the first conductive layer 23 from being exposed during the entire surface etching for subsequent contact hole formation by keeping it thicker than the thickness of the oxide film or the like (26). Therefore, the length of the spacer 28 is adjusted to cover the first conductive layer 23. In addition, the spacer 28 may use a material having a large etching selectivity with respect to the second and third insulating layers so that the insulating film of the portion of the first conductive layer may remain unetched when the entire surface is etched.
제2(f)도는 콘택트부에 남아있는 제4절연층(27)을 제거하고, 상기 식각 마스크막(25)을 제거한 다음 전면 식각을 수행하여 콘택트홀을 형성하거나 상기 제4절연층을 제거하고 전면식각에 의해 콘택트홀을 형성하고 식각방지막을 제거한 후 전도성 물질을 콘택트홀에 충진하여 제2전도층(29)을 형성시켜준 모습을 나타낸 단면도이다.In FIG. 2 (f), the fourth insulating layer 27 remaining in the contact portion is removed, the etch mask layer 25 is removed, and then the entire surface is etched to form a contact hole or the fourth insulating layer is removed. A cross-sectional view showing a state in which the second conductive layer 29 is formed by forming a contact hole by front etching, removing an etch stop layer, and filling a contact hole with a conductive material.
상기 제4절연층(27)의 제거는 제3절연층(26) 및 스페이서(28)와의 식각 선택비 차이를 이용하여 선택적으로 제거한다. 또한 상기 제2전도층(19)은 폴리 실리콘층 또는 폴리사이드 구조 또는 알루미늄등을 사용한다.The removal of the fourth insulating layer 27 is selectively removed by using an etching selectivity difference between the third insulating layer 26 and the spacer 28. In addition, the second conductive layer 19 uses a polysilicon layer, a polyside structure, or aluminum.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 콘택트 형성방법에 의하면 제1전도층과 제2전도층간에 절연성이 매우 향상되어 누설전류가 감소되고 배선의 신뢰성이 향상되었으며, 먼저 형성한 배선층을 식각 방지막으로 하여 자기정합방식으로 콘택트를 형성할 수 있기 때문에 배선층간이 매우 협소한 경우에도 용이하게 콘택트를 형성할 수 있게 되었다.As described above, according to the method for forming a contact according to the present invention, the insulation property between the first conductive layer and the second conductive layer is greatly improved, the leakage current is reduced, the reliability of the wiring is improved, and the first wiring layer is formed as an etch stop layer. Since the contacts can be formed by a self-aligning method, the contacts can be easily formed even when the wiring layers are very narrow.
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KR100507869B1 (en) * | 1998-06-29 | 2005-11-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Contact hole formation method of semiconductor device |
KR100645841B1 (en) * | 1998-12-30 | 2007-03-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Polysilicon Plug Forming Method Using Abrasive Stopping Film |
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1992
- 1992-11-05 KR KR1019920020682A patent/KR100230353B1/en not_active IP Right Cessation
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KR100645841B1 (en) * | 1998-12-30 | 2007-03-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Polysilicon Plug Forming Method Using Abrasive Stopping Film |
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