KR100367489B1 - Method for forming fine contact hole in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 미세 콘택홀 형성방법에 관한 것으로, 특히 콘택홀 상단에는 실리콘 스페이서를 형성하고, 콘택홀의 하단에는 산화막 스페이서를 형성한 이중구조의 스페이서를 형성함으로써 콘택홀이 예정된 위치로부터 벗어나 미스얼라인이 발생된다 하더라도, 후속 증착되는 실리콘 도선과의 접촉을 피해 도선연결을 안정적으로 해결할 수 있는 반도체 소자의 미세 콘택홀 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fine contact hole in a semiconductor device. In particular, a silicon spacer is formed at an upper end of a contact hole, and a spacer having a double structure in which an oxide spacer is formed at a lower end of the contact hole is formed to miss the contact hole from a predetermined position. Even if the alignment occurs, the present invention relates to a method for forming a fine contact hole in a semiconductor device that can stably solve the lead connection avoiding contact with the subsequently deposited silicon lead.
일반적으로 반도체 소자가 점점 초고집적화 추세로 발전하면서 배선 및 콘택홀 형성에 많은 어려움이 따른다. 특히 배선의 형성보다도 콘택홀의 형성이 더 어려워지게 되는데, 이는 콘택홀 형성시 콘택홀의 위치가 인접부에 설치된 배선과 중복되지 않고 비껴나가게 해야하고, 동시에 반도체 기판의 소오스, 드레인 지역위에 형성해야하기 때문이다.In general, as semiconductor devices are gradually developed into ultra-high integration trends, wiring and contact holes are difficult to form. In particular, the formation of contact holes becomes more difficult than the formation of wiring, because when forming a contact hole, the position of the contact hole must be avoided without overlapping with the wiring provided in the adjacent portion, and at the same time, it is formed on the source and drain regions of the semiconductor substrate. to be.
종래의 콘택홀 형성방법에 대해 첨부도면을 참조하여 살펴보기로 한다.A conventional method for forming a contact hole will be described with reference to the accompanying drawings.
제 1A 도와 제 1B 도는 종래의 기술에 따라 산화막 스페이서를 사용하여 콘택홀을 형성한 상태를 도시한 도면이다.1A and 1B are diagrams showing a state in which contact holes are formed using oxide film spacers according to the related art.
메모리 소자의 집적도가 256 M 급 이상으로 증가됨에 따라서 콘택홀의 크기가 인접부에 위치한 전극간의 간격보다 크게 되므로써 후속증착되는 비트라인 또는 전하저장 전극용 실리콘과 연결되는 문제가 발생하게 되므로 통상은 제 1A 도에 도시된 바와같이, 반도체 기판(1) 상부에 실리콘 배선(2)을 형성한 후, 층간산화막(3)을 형성하고 상기 층간 산화막(3)을 식각한 후, 식각된 절연막의 양측벽에 산화막 스페이서(4)를 형성함으로써 콘택홀(5)을 형성한다.As the degree of integration of the memory device is increased to 256 M or more, the size of the contact hole becomes larger than the distance between the electrodes located adjacent to each other, thereby causing a problem of connecting to the subsequently deposited bit line or silicon for the charge storage electrode. As shown in the figure, after the silicon wiring 2 is formed on the semiconductor substrate 1, the interlayer oxide film 3 is formed and the interlayer oxide film 3 is etched, and then on both sidewalls of the etched insulating film. The contact hole 5 is formed by forming the oxide film spacer 4.
상기와 같은 종래의 콘택홀 형성방법에 있어서, 콘택홀(5)을 형성하고자 하는 위치의 지점으로 부터 콘택홀(5)이 벗어나는 경우, 제 1B 도에 도시한 바와같이, 한쪽면에서는 실리콘 배선(2)이 층간 산화막(3)으로 덮여있고, 다른 한쪽면에서는 인접한 실리콘 배선(2)이 노출되는 구간에서 산화막 스페이서(4)가 얇아져 후속 증착되는 비트라인 또는 전하저장전극과 실리콘 배선(2)이 연결되어 반도체 소자의 오동작을 일으키게되는 문제점이 있다.In the conventional method for forming a contact hole as described above, when the contact hole 5 deviates from a point where the contact hole 5 is to be formed, as shown in FIG. 1B, a silicon wiring ( 2) is covered with the interlayer oxide film 3, and on the other side, the oxide spacer 4 is thinned in the section where the adjacent silicon wiring 2 is exposed, so that the bit line or charge storage electrode and the silicon wiring 2 which are subsequently deposited are formed. There is a problem that is connected to cause a malfunction of the semiconductor device.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 콘택홀 형성시에 콘택홀의 상단에는 실리콘 스페이서를 형성하고, 콘택홀의 하단부에는 산화막 스페이서가 위치하는 2단 구조의 스페이서를 형성하므로써 콘택홀이 예정된 위치로부터 벗어나더라도 후속 증착되는 실리콘 도선과 접촉되는 문제점을 해결할 수 있는 반도체 소자의 미세 콘택홀 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problem, the contact hole is formed by forming a spacer having a two-stage structure in which a silicon spacer is formed at the upper end of the contact hole and an oxide spacer is formed at the lower end of the contact hole when forming the contact hole. It is an object of the present invention to provide a method for forming a fine contact hole in a semiconductor device that can solve a problem of contacting a silicon conductor wire which is subsequently deposited even if it deviates from it.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판 상부에 평탄화된 제 1 절 연막과 실리콘층을 형성하는 단계와,The present invention for achieving the above object is to form a planarized first insulating film and a silicon layer on the semiconductor substrate,
콘택 마스크를 사용한 사진식각 공정으로 상기 실리콘층과 제 1 절연막의 일부를 식각하여 제 1 홈을 형성하는 단계와,Forming a first groove by etching a portion of the silicon layer and the first insulating layer by a photolithography process using a contact mask;
상기 제 1 홈의 측벽에 실리콘 스페이서를 형성하는 단계와,Forming a silicon spacer on a sidewall of the first groove;
상기 실리콘 스페이서에 의해 노출된 제 1 절연막을 식각하여 제 2 홈을 형성하는 단계와,Etching the first insulating film exposed by the silicon spacers to form a second groove;
전체구조 상부에 제 2 절연막을 형성하는 단계와,Forming a second insulating film on the entire structure;
상기 노출된 제 1, 제 2 절연막을 식각하여 상기 제 2 홈의 측벽에 제 2 절연막 스페이서를 형성함과 동시에 상기 반도체 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 구비함을 그 특징으로 한다.And etching the exposed first and second insulating films to form a second insulating film spacer on the sidewall of the second groove and to form a contact hole for exposing the semiconductor substrate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제 2A 도 내지 제 2F 도는 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세 콘택홀 형성 공정단계를 도시한 도면이다.2A to 2F are diagrams illustrating a process of forming a fine contact hole in a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 실리콘 기판(21) 상부에 소자간 절연을 위한 필드 산화막(22) 그리고 게이트 산화막(23), 게이트 전극(25), 상기 게이트 전극 측벽의 산화막 스페이서(26) 및 소오스/드레인 영역(24)을 형성한다. (제 2A 도 참조)First, the field oxide film 22, the gate oxide film 23, the gate electrode 25, the oxide spacer 26 on the sidewalls of the gate electrode, and the source / drain regions 24 are formed on the silicon substrate 21 to insulate the devices. To form. (See also FIG. 2A)
다음, 전체구조 상부에 층간 산화막(27) 예컨데, 비.피.에스.지(BPSG:Boro Phospho Silicate Glass) 막을 형성한 후, 열처리 공정을 통해 평탄화를 실시한 다음, 상기 층간 산화막(27) 상에 인(P)이 도핑된 제 1 실리콘층(28)을 형성한다. (제 2B도 참조)Next, an interlayer oxide film 27 is formed on the entire structure, for example, BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) film is formed, and then planarized by a heat treatment process, and then on the interlayer oxide film 27. Phosphorus (P) doped first silicon layer 28 is formed. (See also part 2B)
다음, 콘택홀 형성용 마스크(미도시)를 사용한 사진식각 공정에 의해 상기 제 1 실리콘층(28)과 층간 산화막(27)을 일부 식각하여 소정 깊이의 제 1 홈(29)을 형성한 후, 전체 상부에 제 2 실리콘층을 형성한 다음 에치백하여 상기 식각된 제 1 실리콘층(18)과 층간 산화막(27) 측벽에 제 2 실리콘 스페이서(30)를 형성한다. 이때, 상기 제 2 실리콘층으로 인(P)이 도핑된 실리콘층이나 도핑되지 않은 실리콘층을 사용할 수 있다. (제 2C 도 참조)Next, the first silicon layer 28 and the interlayer oxide layer 27 are partially etched by a photolithography process using a contact hole forming mask (not shown) to form a first groove 29 having a predetermined depth. A second silicon layer is formed on the entire upper portion and then etched back to form a second silicon spacer 30 on sidewalls of the etched first silicon layer 18 and the interlayer oxide layer 27. In this case, a silicon layer doped with phosphorus (P) or an undoped silicon layer may be used as the second silicon layer. (See also 2C)
여기서, 상기 제 2C 도에 도시된 도면은 편의상, 종래의 기술에 따라 콘택홀을 형성한 경우의 문제점을 부각시키기 위하여, 콘택홀(도면상에는 제 1 홈(29)를 말함)이 예정된 위치로부터 미스 얼라이 된 경우의 예를 도시하였다.Here, in the drawing shown in FIG. 2C, the contact hole (referring to the first groove 29 in the drawing) is missed from the predetermined position in order to emphasize the problem in the case of forming the contact hole according to the conventional technique for convenience. An example of an aligned case is shown.
다음으로, 상기 노출된 층간 산화막(27)을 식각하여 상기 제 1 홈(29)보다 깊이가 더 깊은 제 2 홈(29')을 형성한 후, 스텝 커버리지(Step coverage)가 뛰어난 산화막(31)을 전체 표면 상부에 형성한다. (제 2D 도 참조)Next, the exposed interlayer oxide layer 27 is etched to form a second groove 29 ′ deeper than the first groove 29, and then an oxide layer 31 having excellent step coverage. On top of the entire surface. (See also 2D)
다음, 상기 산화막(31)을 에치백하여 상기 제 2 홈(29') 측벽에 산화막 스페이서(32)를 형성한다. 이때, 상기 제 2 홈(29') 하부에 위치한 층간 산화막(27)도 함께 식각되어 상기 소오스/드레인 영역(24)이 노출되는 콘택홀(29")을 형성하게 된다. (제 2E 도참조)Next, the oxide film 31 is etched back to form an oxide film spacer 32 on the sidewall of the second groove 29 ′. At this time, the interlayer oxide layer 27 positioned below the second groove 29 'is also etched to form a contact hole 29 "through which the source / drain region 24 is exposed.
다음, 전체구조 상부에 도핑된 제 3 실리콘층(33) 및 텅스텐 실리사이드층(34)을 증착한 후, 비트라인 마스크(미도시)를 사용한 사진식각 공정에 의해 상기 텅스텐 실리사이드층(34), 제 3 실리콘층(33) 및 제 1 실리콘층(28)을 식각하여 비트라인을 형성한다.(제 2F도 참조)Next, after the doped third silicon layer 33 and the tungsten silicide layer 34 are deposited on the entire structure, the tungsten silicide layer 34 and the second layer are formed by a photolithography process using a bit line mask (not shown). The silicon layer 33 and the first silicon layer 28 are etched to form bit lines. (See also 2F.)
이때, 상기 콘택홀(제 2E 도의 29")은, 상기와 같이 제 2 실리콘 스페이서(30)를 형성한 후, 노출된 층간 산화막(27)을 식각하여 실리콘 기판(1)의 상부면이 노출되지 않는 제 2 홈(29')을 형성하고, 전체표면 상부에 산화막(31)을 증착한 후, 증착된 산화막(31)을 에치백하되, 과도식각하여 제 2 실리콘 스페이서(30)의 하단부에 산화막 스페이서(32)를 형성하는 동시에 콘택홀(29")을 형성한 것이다.In this case, after forming the second silicon spacer 30 as described above, the contact hole (29 ″ in FIG. 2E) is etched to expose the upper surface of the silicon substrate 1 by etching the exposed interlayer oxide layer 27. A second groove 29 ′ that is not formed, the oxide film 31 is deposited on the entire surface, and the oxide film 31 is etched back, but overetched to form an oxide film on the lower end of the second silicon spacer 30. The spacer 32 is formed and the contact hole 29 "is formed.
본 발명의 다른 실시예는 다음과 같다.Another embodiment of the present invention is as follows.
상기 제 2 실리콘 스페이서(30)를 형성한 후, 노출된 층간 산화막(27)을 식각하여 실리콘 기판(1)이 노출되는 콘택홀(29")을 형성한다.After forming the second silicon spacer 30, the exposed interlayer oxide layer 27 is etched to form a contact hole 29 ″ through which the silicon substrate 1 is exposed.
그 다음, 상기 콘택홀(29")을 포함한 전면에 산화막(31)을 증착하고, 상기 산화막(31)을 에치백하여 상기 제 2 실리콘 스페이서(30)의 하단부에 걸쳐지는 산화막 스페이서(32)를 형성한다.Next, an oxide film 31 is deposited on the entire surface including the contact hole 29 ″, and the oxide film spacer 32 is etched back to cover the lower end portion of the second silicon spacer 30. Form.
따라서, 상기와 같이 제 2 실리콘 스페이서(30)와 산화막 스페이서(32)를 2단 구조로 형성함으로써 콘택홀 미스 얼라인에 따른 소자간의 단락을 방지할 수 있고 콘택 식각마진을 향상시킬 수 있다.Therefore, by forming the second silicon spacer 30 and the oxide film spacer 32 in a two-stage structure as described above, it is possible to prevent a short circuit between devices due to contact hole misalignment and to improve a contact etch margin.
이상, 위에서 설명한 본 발명의 실시 예는 반도체 기판 상에 형성된 게이트 전극 사이에 비트 라인을 형성하는 경우, 콘택홀을 형성하기 위한 전반적인 공정단계에 대해 설명하였으나, 상기와 같은 본 발명에 따른 콘택홀 형성방법은 비트 라인 전극을 형성하는 데 한정되지 않고, 게이트 전극 및 비트 라인을 비껴나는 전하저장 전극 콘택홀 형성 시에도 동일하게 사용 할 수 있다. (제 3 도 참조, 28': 실리콘층, 29": 콘택홀, 30': 실리콘 스페이서, 32': 산화막 스페이서).In the above-described embodiments of the present invention, when the bit lines are formed between the gate electrodes formed on the semiconductor substrate, the overall process steps for forming the contact holes have been described, but the contact hole formation according to the present invention as described above. The method is not limited to forming the bit line electrodes, and the same method can be used to form the charge storage electrode contact holes that bypass the gate electrode and the bit line. (See FIG. 3, 28 ': silicon layer, 29 ": contact hole, 30': silicon spacer, 32 ': oxide film spacer).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세 콘택홀 형성방법은 콘택홀 형성 시, 콘택홀의 상단부에는 실리콘 스페이서를 형성하고, 콘택홀의 하단부에는 산화막 스페이서가 위치하는 2단 구조의 스페이서를 형성함으로써 콘택홀이 형성되어질 예정된 위치로부터 벗어나는 미스 얼라인이 발생하는 경우에도, 후속으로 계속 증착되는 실리콘 도선과의 접촉에 의한 단락을 방지할 수 있으며 콘택홀 형성에 따른 제조 공정상의 여유도를 크게 증가시킬 수 있다.As described above, in the method for forming a fine contact hole of a semiconductor device according to the present invention, a silicon spacer is formed at an upper end of a contact hole, and a spacer having a two-stage structure in which an oxide spacer is positioned at a lower end of a contact hole. As a result, even if a misalignment deviates from a predetermined position where a contact hole is to be formed, a short circuit due to subsequent contact with a silicon conductor that is continuously deposited can be prevented, and the margin of manufacturing process due to contact hole formation is greatly increased. You can.
제 1A 도와 제 1B 도는 종래의 기술에 따라 산화막 스페이서를 사용하여 콘택홀을 형성한 상태를 도시한 도면.1A and 1B are diagrams showing a state in which contact holes are formed using oxide film spacers according to the related art.
제 2A 내지 제 2F 도는 본 발명의 기술에 따른 비트라인 콘택홀 형성 공정 단계를 도시한 도면.2A through 2F illustrate a process for forming a bitline contact hole in accordance with the techniques of the present invention.
제 3 도는 본 발명의 방법에 따라 전하 저장전극 콘택홀을 형성한 상태를 도시한 도면.3 is a view showing a state in which a charge storage electrode contact hole is formed according to the method of the present invention.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 명칭 〉〈Name of code for main part of the drawings〉
1, 21 : 반도체 기판 2 : 실리콘 배선1, 21: semiconductor substrate 2: silicon wiring
3, 27 : 층간 산화막 4, 26, 32 : 산화막 스페이서3, 27: interlayer oxide film 4, 26, 32: oxide film spacer
5, 29, 29', 29" : 콘택홀 22 : 필드 산화막5, 29, 29 ', 29 ": contact hole 22: field oxide film
23 : 게이트 산화막 24 : 소오스/드레인 영역23 gate oxide film 24 source / drain regions
25 : 게이트 전극 27 : BPSG 산화막25 gate electrode 27 BPSG oxide film
28 : 제 1 실리콘층 30 : 제 2 실리콘 스페이서28: first silicon layer 30: second silicon spacer
31 : 산화막 33 : 제 3 실리콘층31 oxide film 33 third silicon layer
34 : 텅스텐 실리사이드층34: tungsten silicide layer
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