KR19990005906A - Contact hole formation method of semiconductor device - Google Patents

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forming
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etching
contact hole
etching process
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김상욱
서원준
김대희
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. Technical field to which the invention described in the claims belongs

본 발명은 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법에 관한 것으로 특히, 자기 정렬 콘택 홀 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming contact holes in semiconductor devices, and more particularly, to a method for forming self-aligned contact holes.

2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. Technical problem that the invention tries to solve

자기 정렬 콘택 홀 형성공정에서 식각 선택비를 조절하는데 많은 양의 중합체가 이용되고 또한 과도한 중합체 이용으로 인한 식각방지를 조절해야 하는 어려움을 해결하고자한다.In the self-aligned contact hole forming process, a large amount of polymer is used to control the etch selectivity, and it is also intended to solve the difficulty of controlling the etch prevention due to the excessive use of the polymer.

3.발명의 해결방법의 요지3. Summary of the solution of the invention

자기 정렬 콘택홀 형성공정시 높은 식각 선택비를 갖는 등방성 식각공정을 실시한다.In the self-aligned contact hole forming process, an isotropic etching process having a high etching selectivity is performed.

4.발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

반도체 소자 제조방법Semiconductor device manufacturing method

Description

반도체 소자의 콘택 홀 형성방법Contact hole formation method of semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 콘택 홀(Contact Hole) 형성방법에 관한 것으로 특히, 자기 정열 콘택 홀 형성방법에 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 self-aligned contact hole.

일반적으로 반도체 소자의 집적도가 증가하면서 소자의 최소 설계 한계는 급격히 감소해 왔다. 따라서, 노광장비의 한계보다 작은 미세 패턴의 형성이 요구되어져 왔다. 그러나 콘택 홀 패턴의 경우 0.1㎛ 이하의 미세 콘택 홀을 형성하더라도 소자의 전기적 특성면에서 콘택 영역이 너무 좁아서 콘택 저항이 증가되는 문제점이 발생한다. 상기한 문제점을 해소하도록 자기정렬 콘택 홀 형성기술이 제시되고 있다. 특히, 질화막 베리어(Barrier) 자기정렬 콘택 홀 구조의 경우 통상적인 콘택 형성 기술에 비해 공정단계의 증가로 자기 정렬을 성취할 수 있다. 그러나 자기정렬 콘택 홀 형성 기술은 질화막에 대한 고선택비를 얻기 위해 많은 양의 중합체(Polymer)를 이용하며 이에 따라 중합체로 인한 식각멈춤을 동시에 조절해야하는 문제점이 발생된다.In general, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the minimum design limit of devices has drastically decreased. Therefore, the formation of fine patterns smaller than the limits of the exposure equipment has been required. However, in the case of the contact hole pattern, even if the fine contact hole of 0.1 μm or less is formed, a problem arises in that the contact resistance is increased because the contact area is too narrow in terms of the electrical characteristics of the device. Self-aligned contact hole forming technology has been proposed to solve the above problems. In particular, in the case of the nitride barrier self-aligned contact hole structure, self-alignment can be achieved with an increase in process steps compared to conventional contact forming techniques. However, the self-aligned contact hole forming technique uses a large amount of polymer (Polymer) in order to obtain a high selectivity for the nitride film, thereby causing a problem of controlling the etch stop due to the polymer at the same time.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점이 해소되도록 미소 콘택 홀을 형성한 후 콘택 홀 양측부에 형성된 산화막에 대한 고선택 식각비를 갖는 등방성 식각을 실시하여 콘택 홀의 면적을 넓히는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a method for forming a contact hole in a semiconductor device, in which a small contact hole is formed to solve the above problem, and then an isotropic etching with a high selectivity to an oxide film formed on both sides of the contact hole is performed to increase the area of the contact hole. The purpose is to provide.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판상에 도전층 및 절연막을 순차적으로 형성하여 도전층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 도전층 패턴 측면에 절연막 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 층간 절연막을 형성한 후 건식경사 식각을 통하여 상기 기판의 일부가 노출되는 홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 등방성 식각공정으로 홀이 형성된 상기 층간절연막을 일정 깊이 식각하여 원하는 크기의 콘택 홀을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a step of forming a conductive layer pattern by sequentially forming a conductive layer and an insulating film on a semiconductor substrate, from the step of forming an insulating film spacer on the conductive layer pattern side, and Forming a hole in which a portion of the substrate is exposed through dry inclination etching after forming the interlayer insulating film from the step; and etching the interlayer insulating film in which the hole is formed by an isotropic etching process from the step by a predetermined depth to form a contact hole of a desired size Characterized in that it comprises a step of forming.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to the present invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 홀 사진.2A to 2D are contact hole photographs of a semiconductor device according to the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 반도체 기판 2 : 도전층1 semiconductor substrate 2 conductive layer

3 : 절연막 4 : 절연막 스페이서3: insulating film 4: insulating film spacer

5 : 층간절연막 6 : 감광막5 interlayer insulating film 6 photosensitive film

7 : 제 1 콘택 홀 8 : 제 2 콘택 홀7: first contact hole 8: second contact hole

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views of devices for explaining a method for forming contact holes in a semiconductor device according to the present invention.

도 1a는 반도체 기판(1)상에 도전층(2) 및 절연막(3)을 순차적으로 형성한 후 상기 절연막(3) 및 도전층(2)을 서로 이격되도록 패터닝하고 그후 상기 패터닝된 절연막(3) 및 도전층(2) 양측면에 절연막 스페이서(4)를 형성한 상태의 단면도로서, 상기 절연막(3) 및 절연막 스페이서(4)는 언도프트 실리콘 산화막(Undoped Silicon Oxide)으로 형성한다.FIG. 1A illustrates that the conductive layer 2 and the insulating layer 3 are sequentially formed on the semiconductor substrate 1, and then the insulating layer 3 and the conductive layer 2 are patterned to be spaced apart from each other, and then the patterned insulating layer 3 is formed. ) And the insulating film spacers 4 are formed on both sides of the conductive layer 2, and the insulating film 3 and the insulating film spacers 4 are formed of an undoped silicon oxide film.

도 1b는 전체 상부면에 층간 절연막(5) 및 감광막(6)을 형성한 후 콘택 홀을 형성하기 위하여 상기 감광막(6) 패터닝한 상태의 단면도로서, 상기 층간 절연막(5)은 도프트 실리콘 산화막(Doped Silicon Oxide)으로 형성한다.1B is a cross-sectional view of the photoresist layer 6 patterned to form contact holes after the interlayer insulation layer 5 and the photoresist layer 6 are formed on the entire upper surface, and the interlayer insulation layer 5 is a doped silicon oxide layer. (Doped Silicon Oxide).

도 1c는 상기 감광막(6)을 마스크로 이용한 경사식각 공정으로 반도체 기판(1)이 노출되도록 제 1 콘택홀(7)을 형성한 후 상기 감광막(6)을 제거한 상태의 단면도로서, 상기 경사식각공정은 고밀도 플라즈마 방법을 이용하여 제 1콘택 홀(7) 상부의 지름과 하부의 지름의 비가 2:1 이상이 되는 경사 기울기를 형성한다. 그리고 경사 식각공정시 반응가스로 탄소 및 플루오르를 함유한 가스를 사용한다. 또한 상기 고밀도 플라즈마 방식의 건식식각은 ICP(Inductively Coupled Plasma)방식을 이용하며, 이때의 반응가스는 C3F8및 CO 의 혼합가스를 주입하되 C3F8대 CO의 혼합비는 1:0.5 내지 1:1.5로 하고, 상기 혼합가스는 30 내지 150 SCCM의 양으로 주입한다. 상기 ICP 방식의 고밀도 플라즈마 식각은 220 내지 290℃의 온도에서 실시하며 ICP고주파 전력은 1600 내지 2800와트로하고 또한 바이어스 고주파 전력은 600 내지 1800와트로 인가한다.FIG. 1C is a cross-sectional view of a state in which the photosensitive film 6 is removed after the first contact hole 7 is formed to expose the semiconductor substrate 1 by an inclined etching process using the photosensitive film 6 as a mask. The process forms a gradient in which the ratio of the diameter of the upper part of the first contact hole 7 to the diameter of the lower part is 2: 1 or more by using the high density plasma method. In addition, a gas containing carbon and fluorine is used as a reaction gas in the gradient etching process. In addition, the dry etching of the high-density plasma method uses an ICP (Inductively Coupled Plasma) method, the reaction gas is injected at a mixed gas of C 3 F 8 and CO, but the mixing ratio of C 3 F 8 to CO is 1: 0.5 to 1: 1.5, and the mixed gas is injected in an amount of 30 to 150 SCCM. The high density plasma etching of the ICP method is performed at a temperature of 220 to 290 ° C., the ICP high frequency power is applied at 1600 to 2800 watts, and the bias high frequency power is applied at 600 to 1800 watts.

도 1d는 상기 절연막(3) 및 절연막 스페이서(4)에 대해 높은 식각 선택비를 갖는 등방성 식각 공정을 실시하여 원하는 크기로 제 2 콘택 홀(8)을 형성한 상태의 단면도로서, 상기 등방성 식각공정은 인산 및 SC-1을 식각제로 이용한 습식식각방식으로 실시 하며, 이때 두 식각제의 온도는 상온 내지 200℃이다. 특히, SC-1을 식각제로 이용하는 습식식각시 NH4OH, 과수 및 순수의 혼합용액을 사용하며, 상기 NH4OH 대한 과수의 혼합비는 1:1 내지 1:10 이고, 상기 SC-1 식각제의 총량에 대한 순수의 양은 40 내지 90%로하여 상기 절연막(3) 및 절연막 스페이서(4)에 대한 식각 선택비를 원하는 소정의 값으로 조정한다.FIG. 1D is a cross-sectional view of a second contact hole 8 having a desired size by performing an isotropic etching process having a high etching selectivity with respect to the insulating film 3 and the insulating film spacer 4. Silver is carried out by a wet etching method using phosphoric acid and SC-1 as an etchant, wherein the temperature of the two etchant is from room temperature to 200 ℃. In particular, when wet etching using SC-1 as an etchant using a mixed solution of NH 4 OH, fruit water and pure water, the mixing ratio of the fruit water to NH 4 OH is 1: 1 to 1:10, the SC-1 etchant The amount of pure water to the total amount of is adjusted to 40 to 90% to adjust the etching selectivity of the insulating film 3 and the insulating film spacer 4 to a desired predetermined value.

또한, 상기 등방성 식각공정시 웨이퍼의 온도는 상온 내지 500℃의 온도범위로 조절하여 상기 절연막(3) 및 절연막 스페이서(4)에 대한 식각 선택비를 원하는 소정의 값으로 조정한다. 또한 상기 등방성 식각공정은 미아크로웨이브 다운 스트림(Microwave Down Stream)방식, ICP방식, ECR방식, TCP방식 및 HELICON방식중 어느 하나의 플라즈마 챔버를 사용하여 식각공정을 실시할 수 있다.In addition, during the isotropic etching process, the temperature of the wafer is adjusted to a temperature range of room temperature to 500 ° C. to adjust the etching selectivity for the insulating film 3 and the insulating film spacer 4 to a desired predetermined value. In addition, the isotropic etching process may be performed using any one of a plasma chamber of a microwave down stream method, an ICP method, an ECR method, a TCP method, and a HELICON method.

참고로 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 홀 사진이다.2A to 2D are contact hole photographs of a semiconductor device according to the present invention.

도 2a 및 도 2b는 상기한 도 1c의 공정 단계를 실시한 상태의 전자 현미경 사진이다.2A and 2B are electron micrographs of the above-described process step of FIG. 1C.

도 2c 내지 도 2d는 상기한 도 1d의 공정단계를 실시한 상태의 전자현미경 사진이다.2C to 2D are electron micrographs of the above-described process step of FIG. 1D.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 자기정렬 식가공정은 종래 자기 정렬 식각공정에서 보다 효율적이고 쉽게 원하는 크기 만큼의 콘택 홀을 형성할 수 있다.As described above, the self-aligned etching process according to the present invention can form contact holes of a desired size more efficiently and easily in the conventional self-aligned etching process.

Claims (10)

반도체 기판상에 도전층 및 절연막을 순차적으로 형성하여 도전층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 도전층 패턴 측면에 절연막 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 층간 절연막을 형성한 후 건식경사 식각을 통하여 상기 기판의 일부가 노출되는 홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 등방성 식각공정으로 홀이 형성된 상기 층간절연막을 일정 깊이 식각하여 원하는 크기의 콘택 홀을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 형성하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.Forming a conductive layer pattern by sequentially forming a conductive layer and an insulating film on the semiconductor substrate, forming an insulating film spacer on the side of the conductive layer pattern from the step, and forming an interlayer insulating film from the step, followed by dry tilting Forming a hole through which the part of the substrate is exposed through etching, and forming a contact hole having a desired size by etching a predetermined depth from the interlayer insulating layer where the hole is formed by an isotropic etching process. A method for forming a contact hole in a semiconductor device. 제 1 항에 있어서, 상기 절연막 및 절연막 스페이서는 언도프트 실리콘 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the insulating film and the insulating film spacer are formed of an undoped silicon oxide film. 제 1 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 도프트 실리콘 산화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the interlayer insulating film is formed of a doped silicon oxide film. 제 1 항에 있어서, 상기 건식 경사식각공정은 탄소 및 플루오르 가스가 함유된 식각가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the dry gradient etching process uses an etching gas containing carbon and fluorine gas. 제 1 항에 있어서, 상기 건식 경사 식각공정은 고밀도 플라즈마 식각방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the dry gradient etching process uses a high density plasma etching method. 제 1 항에 있어서, 상기 등방성 식각공정은 인산용액 및 SC-1 중 어느 하나를 식각제로 이용한 습식식각방법으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법The method of claim 1, wherein the isotropic etching process is performed by a wet etching method using either phosphoric acid solution or SC-1 as an etchant. 제 6 항에 있어서, 상기 인산 용액을 식각제로 이용하는 습식식각시 상기 인산 함유량은 30 내지 99% 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.7. The method of claim 6, wherein the phosphoric acid content is 30 to 99% during wet etching using the phosphoric acid solution as an etchant. 제 6 항에 있어서, 상기 SC-1을 식각제로 이용하는 습식식각시 NH4OH, 과수 및 순수의 혼합용액을 사용하며, 상기 NH4OH 대한 과수의 혼합비는 1:1 내지 1:10 이고, 상기 SC-1 식각제의 총량에 대한 순수의 양은 40 내지 90% 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.The method of claim 6, wherein the wet solution using a mixed solution of NH 4 OH, fruit water and pure water in the wet etching using the SC-1, the mixing ratio of the fruit water to the NH 4 OH is 1: 1 to 1:10, The amount of pure water relative to the total amount of the SC-1 etchant is 40 to 90%. 제 6 항에 있어서, 상기 식각제의 온도는 상온 내지 200℃ 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.7. The method of claim 6, wherein the temperature of the etchant is from room temperature to 200 ℃. 제 1 항에 있어서, 상기 등방성 식각공정시 웨이퍼의 온도는 상온 내지 500℃ 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the wafer has a temperature of about 500 ° C. in the isotropic etching process.
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