KR100434962B1 - 반도체 소자의 콘택 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 콘택 형성방법에 관한 것으로, 특히 자기정렬콘택방식으로 콘택식각시 콘택되는 영역을 먼저 식각정지층으로 제거함으로서 고선택 식각으로 인한 다량의 폴리머 형성을 제거하기 위해 식각정지층으로 사용되는 막을 제거하여야 하는 번거로움이 덜수 있어 공정의 편의성과 안정성 및 공정의 마진을 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 콘택 형성방법
본 발명은 반도체 소자의 콘택 형성방법에 관한 것으로, 특히 자기정렬콘택(self align contact 이하, SAC)방식으로 콘택식각시 콘택되는 영역을 먼저 식각정지층으로 제거함으로서 소자의 공정의 마진을 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자에서 상하의 도전배선을 연결하는 콘택홀은 자체의 크기와 주변 배선과의 간격이 감소되고, 콘택홀의 지름과 깊이의 비인 에스팩트비(aspect ratio)는 증가한다.
따라서, 다층의 도전배선을 구비하는 고집적 반도체소자에서는 콘택을 형성하기 위하여 제조 공정에서의 마스크들간의 정확하고 엄격한 정렬이 요구되어 공정여유도가 감소된다.
상기 콘택홀은 간격 유지를 위하여 마스크 정렬시의 오배열 여유(misalig㎚ent tolerance), 노광 공정시의 렌즈 왜곡(lens distortion), 마스크 제작 및 사진식각 공정시의 임계크기 변화(critical dimension variation), 마스크간의 정합(registration)등과 같은 요인들을 고려하여 마스크를 형성한다.
또한, 콘택홀 형성시 리소그래피(Lithography) 공정의 한계를 극복하기 위하여 자기 정렬 콘택홀(self-align contact; 이하 SAC라 칭함) 형성 기술이 개발되었다.
도 1 은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 콘택 공정단면도이다.
먼저, 반도체 기판(10) 상부에 게이트산화막(12)과 폴리실리콘막(14), 산화막으로 이루어진 제 1절연막(16)을 순차적으로 형성한다.
다음, 식각마스크를 이용하여 상기 게이트산화막(12)이 노출될때 까지 식각하여 상기 반도체 기판(10) 상부의 일측과 타측에 폴리실리콘막(14)패턴과 제 1절연막(16)패턴을 동시에 형성한다.
그 다음, 상기 폴리실리콘막(14)패턴과 제 1절연막(16)패턴 측벽에 산화막재질의 절연 스페이서(18)을 형성한 후, 전표면에 질화막 재질의 식각정지층(20)을 형성한다.
다음, 상기 구조의 전표면에 산화막 재질의 제 2절연막(22)을 형성한 다음, 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 상기 식각정지층(20)을 노출시키는 콘택홀(24)을 형성한다.(도 1 참조)
상기와 같은 종래 기술에 따르면, 콘택식각시 식각장벽층을 고선택 식각하게 되는데 이로인해 다량의 폴리머(polymer)를 생성하여 식각작용을 저해하게 된다.
따라서, 식각선택율이 저하되는 경우 식각정지층은 부분적으로 파괴되어 후속 도전층과 전기적으로 원하지 않는 도통이 되며, 이를 개선하기 위해 식각정지층을 두껍게 형성할 경우 식각정지 작용은 가능하나 제거시 많은 어려움이 따른다.
또한, 식각정지층으로 사용된 식각장벽층은 상부 도전층이 증착되기 전에 제거되어야 함으로 공정이 복잡해지며, 식각장벽층 식각시 식각장벽층과 반도체 기판과의 식각선택비가 요구됨으로서 공정 마진(margin)이 감소하여 소자의 생산수율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 자기정렬콘택방식으로 콘택식각시 콘택되는 영역을 먼저 식각정지층으로 제거함으로서 고선택 식각으로 인한 다량의 폴리머 형성을 제거하기 위해 식각정지층으로 사용되는 막을 제거하여야 하는 번거로움이 덜수 있어 공정의 편의성과 안정성 및 공정의 마진을 확보할 수 있는 반도체 소자의 콘택 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 콘택 공정단면도
도 2a 내지 도 2e 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 제조공정도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 30 : 반도체 기판 12, 32 : 게이트산화막
14, 34 : 폴리실리콘막 16, 36 : 제 1절연막
18, 43 : 절연 스페이서 20, 38 : 식각정지층
22, 44 : 제 2절연막 24, 46 : 콘택홀
40 : 감광막패턴
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면,
반도체 기판 상부에 게이트산화막과 폴리실리콘막, 제 1절연막, 식각정지층 및 감광막패턴을 순차적으로 형성하는 공정과,
상기 감광막패턴을 마스크로 이용하여 상기 게이트산화막이 노출될때 까지 식각하여 식각정지층패턴과 제 1절연막패턴, 폴리실리콘막패턴을 순차적으로 하는 공정과,
상기 구조에서 습식케미컬을 사용하여 식각정지층패턴의 하부가 언더컷이지게 형성하는 공정과,
상기 식각정지층패턴과 제 1절연막패턴, 폴리실리콘막패턴 측벽에 절연 스페이서를 형성하는 공정과,
상기 구조의 전표면에 제 2절연막을 형성하는 공정과,
상기 제 2절연막에서 자기정렬콘택방식으로 반도체 기판이 노출될때 까지 식각하여 콘택홀을 형성하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 형성방법에 대하여 상세히 설명을 하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 제조공정도이다.
먼저, 반도체 기판(30) 상부에 게이트산화막(32)과 폴리실리콘막(34), 제 1절연막(36), 식각정지층(38) 및 감광막패턴(40)을 순차적으로 형성한다.
이 때, 상기 제 1절연막(36)은 테오스(Tetra ethyl ortho silicate 이하, TEOS)막, 비.피.에스.지(BoroPhosphoSilicate Glass 이하, BPSG)막, 피.에스.지(PhosphoSilicate Glass 이하, PSG)막으로 이루어진 군에서 임의로 선택되는 하나의 막으로 형성되며, 식각정지층(38)은 질화막 또는 산화막-리치(rich)-질화막으로 형성한다.
여기서, 상기 식각정지층(38)이 질화막으로 형성되는 경우 후속공정의 콘택식각시 제거된다. (도 2a 참조)
다음, 상기 감광막패턴(40)을 마스크로 이용하여 상기 게이트산화막(32)이 노출될때 까지 식각하여 식각정지층(38)패턴과 제 1절연막(36)패턴, 폴리실리콘막(34)패턴을 순차적으로 형성한다.
그 다음, 상기 구조에서 HF 또는 BOE케미컬을 이용한 습식공정으로 식각정지층(38)패턴의 하부가 언더컷이지게 형성한다.
이 때, 상기 습식공정은 상기 식각정지층(38)에서 폴리실리콘막(34)까지 순차적으로 식각하거나, 또는 식각정지층(38)에서 제 1절연막(36)까지 식각공정을 진행한 다음 습식공정을 진행하게 된다.(도 2b 참조)
다음, 상기 구조의 전표면에 절연막으로 고선택 특성 및 절연성을 갖는 질화막(42)을 형성한다.(도 2c 참조)
그 다음, 상기 질화막(42)을 전면식각하여 상기 식각정지층(38)패턴과, 제 1절연막(36)패턴, 폴리실리콘막(34)패턴 측벽에 식각정지층 역할을 하는 절연 스페이서(43)를 형성한다.(도 2d 참조)
그 다음, 상기 구조의 전표면에 층간절연막으로 산화막 재질의 제 2절연막(44)을 형성한다.
다음, 상기 제 2절연막(44)에서 콘택마스크를 이용하여 자기정렬콘택방식으로 반도체 기판(30)이 노출될때 까지 식각하여 콘택홀(46)을 형성한다.
이 때, 상기 콘택홀(46) 형성시 반도체 기판(10)과 폴리실리콘막(34)위의 콘택을 동시에 형성하더라도 상기 식각정지층(38)을 추가로 제거하지 않아도 된다.
또한, 상기 제 1절연막(36)을 건식식각시 선택비에 따른 식각정지층(38)의 두께를 설정하여 제거하지 않아도 됨으로서 두께 설정에 따른 공정 여유도가 생기게 된다.(도 2e 참조)
상기한 바와같이 본 발명에 따르면, 자기정렬방식으로 콘택식각시 콘택되는 영역을 먼저 식각정지층으로 제거함으로서 고선택 식각으로 인한 다량의 폴리머 형성을 제거하기 위해 식각정지층으로 사용되는 막을 제거하여야 하는 번거로움이 덜수 있어 공정의 편의성과 안정성 및 공정의 마진을 확보할 수 있어 소자의 생산수율을 향상시키는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판 상부에 게이트산화막과 폴리실리콘막, 제 1절연막, 식각정지층 및 감광막패턴을 순차적으로 형성하는 공정과,
    상기 감광막패턴을 마스크로 이용하여 상기 게이트산화막이 노출될때 까지 식각하여 식각정지층패턴과 제 1절연막패턴, 폴리실리콘막패턴을 순차적으로 하는 공정과,
    상기 구조에서 습식케미컬을 사용하여 식각정지층패턴의 하부가 언더컷이지게 형성하는 공정과,
    상기 식각정지층패턴과 제 1절연막패턴, 폴리실리콘막패턴 측벽에 절연 스페이서를 형성하는 공정과,
    상기 구조의 전표면에 제 2절연막을 형성하는 공정과,
    상기 제 2절연막에서 자기정렬콘택방식으로 반도체 기판이 노출될때 까지 식각하여 콘택홀을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1절연막은 TEOS막, BPSG막, PSG막으로 이루어진 군에서 임의로 선택되는 하나의 막으로 형성되며, 식각정지층은 질화막 또는 산화막-리치-질화막으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 습식케미컬으로 HF 또는 BOE케미컬을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연 스페이서는 질화막으로 형성되며, 전면식각하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 형성방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 식각정지층이 질화막으로 형성되는 경우 콘택식각시 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 형성방법.
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