KR100399906B1 - Method for forming contact hole of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 콘택홀 형성방법에 관한 것으로 특히, 다중으로 형성된 절연막의 식각비 차이로 인한 콘택홀 측벽의 요철을 방지할 수 있는 반도체 소자의 콘택홀 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a contact hole, and more particularly, to a method of forming a contact hole in a semiconductor device capable of preventing unevenness of sidewalls of a contact hole due to a difference in etching ratios of multiple insulating layers.
일반적으로 반도체 소자의 고집적화에 따라 다중으로 금속층이 형성되고, 이 금속층들간의 절연 및 소자의 평탄화를 위하여 여러 종류의 절연막이 사용되어지고 있다.In general, a plurality of metal layers are formed in accordance with high integration of semiconductor devices, and various types of insulating films are used to insulate the metal layers and planarize devices.
그러면 종래 콘택홀을 형성하기 위한 방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.A method for forming a conventional contact hole will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제 1A 내지 1D 도는 종래 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도로서,1A through 1D are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming a contact hole in a conventional semiconductor device.
제 1A 도는 접합영역(2)이 형성된 실리콘기판(1)상에 제 1절연막(3), 제 1층간 산화막(4) 및 제 2절연막(5)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 도면에서는 도시되지 않았으나 소자의 평탄화 목적을 위한 제 1절연막(3)이 형성된 후 도전체간의 절연을 위한 제 1층간 산화막(4)이 형성되고, 계속하여 소자의 평탄화 목적을 위한 제 2절연막(5)이 형성된다.FIG. 1A shows a state in which the first insulating film 3, the first interlayer oxide film 4 and the second insulating film 5 are sequentially formed on the silicon substrate 1 on which the junction region 2 is formed. Although not shown in the drawings, the first insulating film 3 for the purpose of planarization of the device is formed, and then the first interlayer oxide film 4 for insulation between the conductors is formed, and the second insulating film 5 for the purpose of planarization of the device is continued. ) Is formed.
제 1B 도는 제 2절연막(5)상에 제 2층간 산화막(6) 및 제 3절연막(7)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 여기서도 도면에는 도시되지 않았으나 도전체간의 절연을 위한 제 2층간 산화막(6)이 형성되고, 계속하여 소자의 평탄화 목적을 위한 제 3절연막(7)이 형성된다. 제 1 내지 제 2절연막(3, 5 및 7)은 BPSG로 이루어진다.FIG. 1B shows a state in which the second interlayer oxide film 6 and the third insulating film 7 are sequentially formed on the second insulating film 5. Although not shown here, a second interlayer oxide film 6 is formed for insulation between conductors, and a third insulating film 7 is then formed for the purpose of planarization of the device. The first to second insulating films 3, 5, and 7 are made of BPSG.
제 1C 도는 접합영역(2)이 노출되도록 제 3절연막(7), 제 2층간 산화막(6), 제 2절연막(5), 제 1층간 산화막(4) 및 제 1절연막(3)을 순차적으로 식각하여 콘택홀(10)을 형성한 후 콘택홀(10)의 하부에 자연적으로 형성되는 산화막 제거를 위한 100 : 1 비율의 BOE를 이용하여 세정공정을 실시한 상태를 도시한다. 이때 식각비 차이로 인하여 콘택홀(10)의 측벽에는 노출되는 제 1 및 제 2층간 산화막(4 및 6)이 덜 식각되어 화살표(A)로 도시한 바와같은 요철이 형성된다.The third insulating film 7, the second interlayer oxide film 6, the second insulating film 5, the first interlayer oxide film 4, and the first insulating film 3 are sequentially disposed so that the 1C or junction region 2 is exposed. After etching to form the contact hole 10, the cleaning process is performed by using a BOE in a ratio of 100: 1 for removing an oxide film formed naturally under the contact hole 10. At this time, the first and second interlayer oxide films 4 and 6 exposed to the sidewalls of the contact hole 10 are less etched due to the difference in etching ratios, thereby forming irregularities as shown by arrows A. FIG.
제 1D 도는 베리어 금속층(8) 및 금속층(9)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 이때 콘택홀(10)의 측벽에 형성된 제 2층간 산화막(4)의 요철(A)로 인하여 금속층(9)은 완전한 매립이 이루어지지 않고 콘택홀(10)의 하부에 화살표(B)로 도시 한 바와같은 보이드(공극)가 형성된다.FIG. 1D shows a state in which the barrier metal layer 8 and the metal layer 9 are sequentially formed. At this time, due to the unevenness A of the second interlayer oxide film 4 formed on the sidewall of the contact hole 10, the metal layer 9 is not completely filled, and is shown by an arrow B at the bottom of the contact hole 10. Voids (voids) are formed.
이로인해 금속층(9) 및 접합영역(2)간에 단락 또는 접촉저항의 증가로 소자의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.This causes a problem that the reliability of the device is lowered due to a short circuit or an increase in contact resistance between the metal layer 9 and the junction region 2.
따라서 본 발명은 절연막간에 형성되는 층간 산화막을 USG(Undoped Silicate Glass)막으로 대신하여 인시튜(In-situ)방식으로 형성하거나, 또는 층간 산화막을 형성한 후 소정부분을 식각하여 제거하므로써 상기 한 문제점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, in the present invention, the interlayer oxide film formed between the insulating films is formed in an in-situ method instead of the USG (Undoped Silicate Glass) film, or after forming the interlayer oxide film, the predetermined part is etched and removed to remove the above problems. It is an object of the present invention to provide a method for forming a contact hole in a semiconductor device capable of solving the problem.
상기한 목적을 달성하기 위한 콘택홀 형성방법은 접합영역이 형성된 실리콘기판상에 제 1절연막, 제 1USG막 및 제 2절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 제 2절연막상에 제 2USG막 및 제 3절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 접합영역이 노출되도록 제 3절연막, 제 2USG막, 제 2절연막, 제 1USG막 및 제 1절연막을 순차적으로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 실리콘기판상에 세정공정을 실시하여 자연적으로 성장한 산화막을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of forming a contact hole includes sequentially forming a first insulating film, a first USG film, and a second insulating film on a silicon substrate on which a junction region is formed, and from the step, a second USG film on a second insulating film. And sequentially forming a third insulating film, and sequentially forming a contact hole by sequentially etching the third insulating film, the second USG film, the second insulating film, the first USG film, and the first insulating film so that the junction region is exposed from the step. And performing a cleaning process on the silicon substrate from the step to remove the naturally grown oxide film.
또 다른 상기한 목적을 달성하기 위한 콘택홀 형성방법은 접합영역이 형성된 실리콘기판상에 제 1절연막, 제 1층간 산화막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 제 1층간 산화막의 소정부분을 식각공정으로 제거한 후 제 2절연막을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 제 2절연막상에 제 2층간 산화막 및 제 3절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 접합영역이 노출되도록 제 3절연막, 제 2층간 산화막, 제 2절연막, 제 1층간 산화막 및 제 1절연막을 순차적으로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 실리콘기판에 세정공정을 실시하여 콘택홀 하부에 자연적으로 형성된 산화막을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Another method of forming a contact hole for achieving the above object is to sequentially form a first insulating film and a first interlayer oxide film on a silicon substrate on which a junction region is formed, and etching a predetermined portion of the first interlayer oxide film from the step. Forming a second insulating film after the removal, and sequentially forming a second interlayer oxide film and a third insulating film on the second insulating film from the step; and forming a third insulating film and a third insulating film to expose the junction region. Forming a contact hole by sequentially etching the interlayer oxide film, the second insulating film, the first interlayer oxide film, and the first insulating film, and performing a cleaning process on the silicon substrate to remove the oxide film naturally formed below the contact hole. It is characterized by consisting of steps.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 콘택홀 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a contact hole according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제 2A 내지 2D 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 설명 하기 위해 도시 한 소자의 단면도로서,2A through 2D are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
제 2A 도는 접합영역(12)이 형성된 실리콘기판(11)상에 제 1절연막(13), 제 1USG막(14) 및 제 2절연막(15)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 도면에서는 도시되지 않았으나 소자의 평탄화 목적을 위한 제 1절연막(13)이 형성된 후 도전체간의 절연을 위한 제 1USG막(14)이 200 내지 1000Å의 두께로 형성되고, 인시튜로 소자의 평탄화 목적을 위한 제 2절연막(15)이 형성된다.2A shows a state in which the first insulating film 13, the first USG film 14, and the second insulating film 15 are sequentially formed on the silicon substrate 11 on which the junction region 12 is formed. Although not shown in the drawing, after the first insulating film 13 is formed for the purpose of planarization of the device, the first USG film 14 for the insulation between the conductors is formed to a thickness of 200 to 1000 mW, and the purpose of planarization of the device is in situ. A second insulating film 15 for forming is formed.
제 2B 도는 제 2절연막(15)상에 제 2USG막(16) 및 제 3절연막(17)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 여기서도 도면에는 도시되지 않았으나 도전체간의 절연을 위한 제 2USG막(16)이 200 내지 1000Å의 두께로 형성되고 인시튜로 소자의 평탄화 목적을 위한 제 3절연막(17)이 형성된다. 제 1 내지 제 3절연막(13, 15 및 17)은 BPSG로 이루어진다.2B shows a state in which the second USG film 16 and the third insulating film 17 are sequentially formed on the second insulating film 15. Although not shown in the drawing, the second USG film 16 for insulation between the conductors is formed to a thickness of 200 to 1000 GPa, and the third insulation film 17 is formed for the purpose of planarizing the device in-situ. The first to third insulating films 13, 15, and 17 are made of BPSG.
제 2C 도는 접합영역(12)이 노출되도록 제 3절연막(17), 제 2USG막(16), 제 2절연막(15), 제 1USG막(14) 및 제 1절연막(13)을 순차적으로 식각하여 콘택홀(20)을 형성한 후 콘택홀(20)의 하부에 자연적으로 형성되는 산화막 제거를 위한 100 : 1 비율의 BOE를 이용하여 세정공정을 실시한 상태를 도시한다. 이때 제 1 내지 제 3절연막(13, 15 및 17)과 제 1USG막 및 제 2USG막(14 및 16)은 식각비가 동일하기 때문에 이 식각비 차이로 인한 콘택홀(20)의 측벽에 요철이 발생되지 않는다.The third insulating layer 17, the second USG layer 16, the second insulating layer 15, the first USG layer 14, and the first insulating layer 13 are sequentially etched to expose the second region C or the junction region 12. After the contact hole 20 is formed, the cleaning process is performed by using a BOE in a ratio of 100: 1 for removing an oxide film formed naturally under the contact hole 20. In this case, the first to third insulating films 13, 15 and 17, the first USG film, and the second USG film 14 and 16 have the same etching ratio, so that unevenness occurs in the sidewall of the contact hole 20 due to the difference in etching ratio. It doesn't work.
제 2D 도는 베리어 금속층(18) 및 금속층(19)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 본 발명 에 따른 제 1 실시예에서는 절연막과 식각 선택비가 동일한 USG막을 사용하므로써 콘택홀(20)의 측벽에 요철의 생성을 억제하므로써 양호한 금속층(19)을 형성할 수 있다.2D shows a state in which the barrier metal layer 18 and the metal layer 19 are sequentially formed. In the first embodiment according to the present invention, by using the USG film having the same etching selectivity as the insulating film, the good metal layer 19 can be formed by suppressing the generation of unevenness on the sidewall of the contact hole 20.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 콘택홀 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a contact hole according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제 3A 내지 3E 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도로서,3A to 3E are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
제 3A 도는 접합영역(22)이 형성된 실리콘기판(21)상에 제 1절연막(23), 제 1층간 산화막(24)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 도면에서는 도시되지 않았으나 소자의 평탄화 목적을 위한 제 1절연막(23)이 형성된 후 도전체간의 절연을 위한 제 1층간 산화막(24)이 형성된다.3A shows a state in which the first insulating film 23 and the first interlayer oxide film 24 are sequentially formed on the silicon substrate 21 on which the junction region 22 is formed. Although not shown in the drawing, the first insulating layer 23 is formed for the purpose of planarization of the device, and then the first interlayer oxide layer 24 is formed to insulate the conductors.
제 3B 도는 제 1층간 산화막(24)의 소정부분을 감광막 패턴(도시않됨)을 이용한 식각공정으로 제거한 후 제 2절연막(25)을 형성한 상태를 도시한다. 식각공정은 플로린 계열의 플라즈마를 사용하여도 좋고, BOE 및 HF를 사용하여도 좋다. 이때 사용되는 BOE의 비율은 NH4F HF가 300 : 1 내지 9 : 1이며, HF의 비율은 순수 : HF가 100 : 1 내지 50 : 1이다. 제 2절연막(25)은 소자의 평탄화 목적을 위해 형성된다.3B shows a state in which a second insulating film 25 is formed after removing a predetermined portion of the first interlayer oxide film 24 by an etching process using a photosensitive film pattern (not shown). The etching process may use a florin-based plasma, or may use BOE and HF. At this time, the ratio of BOE used is NH 4 F HF is 300: 1 to 9: 1, the ratio of HF is pure water: HF is 100: 1 to 50: 1. The second insulating film 25 is formed for the purpose of planarization of the device.
제 3C 도는 제 2절연막(25)상에 제 2층간 산화막(26) 및 제 3절연막(27)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 여기서도 도면에는 도시되지 않았으나 도전체간의 절연을 위한 제 2층간 산화막(26)이 형성되고, 계속하여 소자의 평탄화 목적을 위한 제 3절연막(27)이 형성된다. 제 1 내지 제 3절연막(23, 25 및 27)은 BPSG로 이루어진다.3C shows a state in which the second interlayer oxide film 26 and the third insulating film 27 are sequentially formed on the second insulating film 25. Although not shown here, a second interlayer oxide film 26 is formed for insulation between conductors, and a third insulating film 27 is formed for the purpose of planarization of the device. The first to third insulating films 23, 25, and 27 are made of BPSG.
제 3D 도는 접합영역(22)이 노출되도록 제 3절연막(27), 제 2층간 산화막(26), 제 2절연막(25), 제 1층간 산화막(24) 및 제 1절연막(23)을 순차적으로 식각하여 콘택홀(30)을 형성한 후 콘택홀(30)의 하부에 자연적으로 형성되는 산화막 제거를 위한 100 : 1 비율의 BOE를 이용하여 식각공정을 실시한 상태를 도시한다. 이때 제 1층간 산화막(24)은 콘택홀(30)의 측벽에 노출되지 않기 때문에 콘택홀(30)의 측벽에 요철이 발생되지 않는다.The third insulating film 27, the second interlayer oxide film 26, the second insulating film 25, the first interlayer oxide film 24, and the first insulating film 23 are sequentially formed to expose the 3D or junction regions 22. After etching to form the contact hole 30, the etching process is performed by using a BOE of 100: 1 ratio for removing the oxide film formed naturally in the lower portion of the contact hole (30). In this case, since the first interlayer oxide film 24 is not exposed to the sidewall of the contact hole 30, irregularities are not generated in the sidewall of the contact hole 30.
제 3E 도는 베리어 금속층(28) 및 금속층(29)을 순차적으로 형성한 상태를 도시한다. 본 발명에 따른 제 2 실시예에서는 절연막상에 형성된 제 1층간 신화막을 소정부분 식각공정으로 제거하므로써 콘택홀(30) 형성시 콘택홀(30)의 측벽에 노출되는 것을 방지하여 콘택홀(30)의 측벽에 요철의 생성을 방지하므로써 양호한 금속층(29)을 형성할 수 있다.3E shows a state in which the barrier metal layer 28 and the metal layer 29 are sequentially formed. In the second embodiment according to the present invention, by removing the first interlayer thin film formed on the insulating film by a predetermined etching process, the contact hole 30 is prevented from being exposed to the sidewall of the contact hole 30 when the contact hole 30 is formed. A good metal layer 29 can be formed by preventing the formation of unevenness on the sidewalls of the substrate.
상술한 바와같이 본 발명에 의하면 절연막에 대하여 식각 선택비가 동일한 층간 산화막을 사용하므로써 콘택홀 형성 후 자연 산화막 제거시 식각 선택비로 인한 콘택홀 측벽에 발생되는 요철을 방지하거나 또는 층간 산화막을 콘택홀 형성시 콘택홀 측벽에 노출되지 않도록 콘택홀 형성전에 소정부분을 식각하여 제거하므로써 양호한 콘택홀을 형성할 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by using an interlayer oxide film having the same etching selectivity with respect to the insulating film, it is possible to prevent unevenness generated on the sidewalls of the contact hole due to the etching selectivity when removing the natural oxide film after forming the contact hole or when forming the interlayer oxide film as the contact hole. There is an excellent effect of forming a good contact hole by etching and removing a predetermined portion before forming the contact hole so as not to be exposed to the contact hole sidewall.
제 1A 내지 1D 도는 종래 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a contact hole in a conventional semiconductor device.
제 2A 내지 2D 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.2A through 2D are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
제 3A 내지 3E 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도3A through 3E are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1, 11 및 21 : 실리콘기판 2, 12 및 22 : 접합영역1, 11 and 21: silicon substrate 2, 12 and 22: junction area
3, 13 및 23 : 제 1절연막 4 및 24 : 제 1층간 산화막3, 13, and 23: first insulating film 4 and 24: first interlayer oxide film
5, 15 및 25 : 제 2절연막 6 및 26 : 제 2층간 산화막5, 15, and 25: second insulating film 6 and 26: second interlayer oxide film
7, 17 및 27 : 제 3절연막 8,18 및 28 : 베리어 금속층7, 17 and 27: third insulating film 8, 18 and 28: barrier metal layer
9,19 및 29 : 금속층 10,20 및 30 : 콘택홀9,19 and 29: metal layers 10,20 and 30: contact holes
14 및 16 : 제 1 및 제 2USG막 A : 요철14 and 16: 1st and 2nd USG film A: unevenness
B : 보이드(공극)B: void (void)
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