KR19990039607A

KR19990039607A - Contact hole formation method of semiconductor device

Info

Publication number: KR19990039607A
Application number: KR1019970059756A
Authority: KR
Inventors: 김승곤; 허경화
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-06-05

Abstract

반도체 장치의 콘택홀 형성 방법에 관해 개시한다. 본 발명에 따르면, 불산, 과산화수소, LAL용액을 인-시튜로 차례대로 사용하는 습식 식각 공정을 실시하여 반도체 장치의 콘택홀을 형성한다. 따라서 콘택홀 형성을 위한 습식 식각의 전처리 공정으로서 건식 식각 공정을 더 실시할 필요가 없다. 그러므로 콘택홀 형성 공정이 단순화되고 공정 시간도 단축시킬수 있을 뿐만 아니라 반도체 기판이 오염되는 문제점도 효과적으로 방지할 수 있다.A method for forming a contact hole in a semiconductor device is described. According to the present invention, a wet etching process using hydrofluoric acid, hydrogen peroxide, and LAL solution sequentially in-situ is performed to form a contact hole of a semiconductor device. Therefore, there is no need to further perform a dry etching process as a pretreatment process of wet etching for forming contact holes. Therefore, the contact hole forming process can be simplified and the process time can be shortened, and the problem of contamination of the semiconductor substrate can be effectively prevented.

Description

Method for forming a contact hole in a semiconductor device.

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a contact hole in a semiconductor device.

반도체장치가 고집적화됨에 따라 반도체 장치의 제조공정 또한 복잡하고 어려워지고 있다. 그 이유는 고집적화에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 각종 패턴들을 형성할 수 있는 영역이 좁아지기 때문이다. 특히 반도체 기판과 도전층 패턴 또는 하부 도전층 패턴과 상부 도전층 패턴을 접촉시키는 통로인 콘택홀의 경우 고집적화에 따라 콘택홀의 입구는 작아지는 반면 그 깊이는 깊어져서 어스펙트 비가 증가한다. 이렇게 콘택홀의 어스펙트 비가 증가하면 증가할수록 콘택홀 내부를 채우는 도전층의 단차 피복력이 작아지는 문제점이 유발된다.As semiconductor devices are highly integrated, the manufacturing process of semiconductor devices is also complicated and difficult. This is because the area capable of forming various patterns formed on the wafer is narrowed by high integration. In particular, in the case of the contact hole, which is a passage for contacting the semiconductor substrate with the conductive layer pattern or the lower conductive layer pattern and the upper conductive layer pattern, the inlet of the contact hole decreases while the depth increases, resulting in an increase in the aspect ratio. As the aspect ratio of the contact hole increases, the step coverage of the conductive layer filling the inside of the contact hole decreases.

따라서 최근에는 콘택홀의 프로파일을 완만하게 형성하여 콘택홀 내부를 채우는 도전층의 단차 피복력이 낮아지는 문제를 최소화시키기 위하여 도1에 도시된 바와 같은 콘택홀 형성 공정이 사용되고 있다.Therefore, in recent years, a contact hole forming process as shown in FIG. 1 has been used to minimize the problem that the step coverage of the conductive layer filling the inside of the contact hole is reduced by gently forming the profile of the contact hole.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 최근의 콘택홀 형성 공정은 제1 건식 식각 공정 - 습식 식각 공정 - 제2 건식 식각 공정의 3단계 공정을 거쳐 진행된다. 이를 좀 더 자세히 설명하면, 반도체 기판 또는 하부 도전층상에 콘택홀이 형성될 절연막을 형성한 후, 절연막 전면에 콘택홀을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 다음에 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제1 건식 식각 공정을 실시하여 절연막을 일부 식각한다. 제1 건식 식각 공정은 후속 공정인 습식 식각이 용이하게 진행되도록 하여 콘택홀이 더 넓고 깊게 형성되도록 하기 위한 전처리 공정의 의미를 지닌다. 이어서 제1 건식 식각 공정이 완료된 반도체 기판을 습식 식각 용액이 담긴 액조에 담그어 습식 식각 공정을 실시하여 완만한 프로파일을 지니는 콘택홀을 형성한다. 다음에 습식 식각 공정이 완료된 절연막에 대하여 제2 건식 식각 공정을 실시하여 하부 도전층 또는 실리콘 기판을 완전히 노출시키는 콘택홀을 완성한다.As shown in FIG. 1, a recent contact hole forming process is performed through a three step process of a first dry etching process, a wet etching process, and a second dry etching process. In more detail, after forming an insulating film for forming a contact hole on a semiconductor substrate or a lower conductive layer, a photoresist pattern defining a contact hole is formed on the entire surface of the insulating film. Next, the first dry etching process is performed using the photoresist pattern as an etching mask to partially etch the insulating film. The first dry etching process has a meaning of a pretreatment process for allowing wet etching, which is a subsequent process, to be easily performed, so that contact holes are formed wider and deeper. Subsequently, the semiconductor substrate on which the first dry etching process is completed is immersed in a liquid bath containing a wet etching solution to perform a wet etching process to form a contact hole having a gentle profile. Next, a second dry etching process is performed on the insulating film on which the wet etching process is completed, thereby completing a contact hole for completely exposing the lower conductive layer or the silicon substrate.

그런데 상술한 3단계 공정에 따라 콘택홀을 형성할 경우 서로 다른 장비에서 실시되는 건식 공정과 습식 공정을 여러 차례 번갈아 가며 실시하여야 하기 때문에 공정이 복잡해지고 공정 시간도 많이 소요될 뿐만 아니라 장비간 이동시 반도체 기판이 오염원에 노출될 우려가 크다.However, when the contact hole is formed according to the above-described three-step process, the dry process and the wet process, which are performed in different equipments, have to be carried out alternately several times, which makes the process complicated and requires a lot of process time, and also moves the semiconductor substrate during the movement between the devices. There is a high possibility of being exposed to this pollutant.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 콘택홀 형성 공정을단순화시키면서 공정에 따라 형성된 콘택홀의 프로파일을 향상시킬 수 있는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a contact hole in a semiconductor device which can improve the profile of a contact hole formed according to the process while simplifying the contact hole forming process.

도 1은 종래의 콘택홀 형성 공정을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a conventional contact hole forming process.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택홀 형성 공정을 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of forming a contact hole according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 HF, H₂O₂, LAL 용액을 차례대로 사용하여 형성한 콘택홀을 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a contact hole formed by using HF, H ₂ O ₂ , and LAL solution in this order.

도 4는 종래 기술에 따라 HF, H₂O₂용액을 차례대로 사용하여 형성한 콘택홀을 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a contact hole formed by sequentially using HF and H ₂ O ₂ solutions according to the prior art.

도 5는 종래 기술에 따라 LAL용액을 사용하여 형성한 콘택홀을 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a contact hole formed using a LAL solution according to the prior art.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법에 따르면, 먼저 반도체 기판상에 콘택홀이 형성될 절연막을 형성한후, 상기 절연막위에 콘택홀을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 다음에 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 결과물을 희석된 불산용액에 처리한 후, 상기 불산용액으로 처리된 결과물을 인-시튜로 과산화수소 용액에 처리하고 마지막으로 상기 과산화수소 용액으로 처리된 결과물을 인-시튜로 LAL 용액에 처리하여 상기 절연막내에 콘택홀을 형성한다.In order to achieve the above technical problem, according to the method of forming a contact hole in a semiconductor device according to the present invention, first, an insulating film on which a contact hole is to be formed is formed on a semiconductor substrate, and then a photoresist pattern defining a contact hole is formed on the insulating film. do. Next, the resultant formed with the photoresist pattern is treated with diluted hydrofluoric acid solution, and the resultant treated with the hydrofluoric acid solution is treated in-situ with hydrogen peroxide solution, and finally, the resultant treated with the hydrogen peroxide solution is in-situ. The LAL solution is treated to form contact holes in the insulating film.

본 발명에 있어서, 상기 LAL 용액을 처리하는 단계 이후에 건식 식각 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to further include a dry etching step after the step of treating the LAL solution.

본 발명에 따르면, 불산, 과산화수소, LAL용액을 인-시튜로 차례대로 사용하여 습식 식각 공정을 실시하여 반도체 장치의 콘택홀을 형성하기 때문에 종래와 같이 습식 식각의 전처리 공정으로서 건식 식각 공정을 더 실시할 필요가 없다. 따라서 공정이 단순화되고 공정 시간도 단축시킬수 있을 뿐만 아니라 반도체 기판이 오염되는 문제점도 효과적으로 방지할 수 있다.According to the present invention, since the wet etching process is sequentially performed using hydrofluoric acid, hydrogen peroxide, and LAL solution in-situ to form a contact hole of a semiconductor device, a dry etching process is further performed as a pretreatment process of wet etching as in the prior art. There is no need to do it. Therefore, the process can be simplified and the process time can be shortened, and the problem of contamination of the semiconductor substrate can be effectively prevented.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 여러 막과 영역들의 두께는 명료성을 위해서 강조되었다. 또한 어느 한 막이 다른 막 또는 기판위에 존재하는 것으로 지칭될 때, 다른 막 또는 기판 바로 위에 있을 수도 있고, 층간막이 존재할 수도 있다. 도면에서 동일참조부호는 동일부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. In the accompanying drawings, the thicknesses of the various films and regions are highlighted for clarity. Also, when either film is referred to as being on another film or substrate, it may be directly over the other film or substrate, or an interlayer film may be present. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치의 콘택홀 형성 공정은 습식 식각 공정 -건식 식각 공정의 2단계 공정으로 진행된다.Referring to FIG. 2, the contact hole forming process of the semiconductor device according to the present invention may be performed in a two step process of a wet etching process and a dry etching process.

자세한 공정은 도 2와 도 3을 함께 참조하여 설명한다. 먼저 반도체 기판(10)상에 콘택홀이 형성될 절연막(12)을 형성한다. 다음에 절연막(12)상에 콘택홀을 정의하는 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다. 이어서 포토레지스트 패턴(14)을 식각마스크로 사용하여 절연막(12)을 습식 식각하여 콘택홀(16)을 형성한다. 습식 식각 공정은 먼저 희석된 불산(HF)용액을 처리함으로써 시작한다. 불산용액 처리가 끝난 후, 인-시튜(in-situ)로 과산화수소(H₂O₂) 용액을 처리한다. 마지막으로 인-시튜로 LAL(NH₄F, HF 및 H₂O의 혼합용액)용액을 처리한다. 이렇게 동일설비내에서 즉 인-시튜로 HF, H₂O_2,LAL 용액을 차례대로 처리하면, 콘택홀이 깊이 방향뿐만 아니라 측면으로도 넓게 식각되어 도 3에 도시된 바와 같이 측면 프로파일이 완만한 경사도를 나타내는 콘택홀(16)이 형성된다.Detailed processes will be described with reference to FIGS. 2 and 3 together. First, an insulating layer 12 on which a contact hole is to be formed is formed on the semiconductor substrate 10. Next, a photoresist pattern 14 defining contact holes is formed on the insulating film 12. Next, the insulating layer 12 is wet-etched using the photoresist pattern 14 as an etching mask to form the contact hole 16. The wet etch process begins by first treating the diluted hydrofluoric acid (HF) solution. After completion of the hydrofluoric acid solution, the hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) solution is treated with in-situ. Finally, the LAL (mixed solution of NH ₄ F, HF and H ₂ O) solution is treated in-situ. When the HF, H ₂ O _{2 and} LAL solutions are sequentially processed in the same facility, that is, in-situ, the contact holes are etched widely not only in the depth direction but also laterally, so that the lateral profile is smooth as shown in FIG. The contact hole 16 which shows the inclination is formed.

마지막으로 상기 콘택홀(16)이 형성된 결과물에 대하여 건식 식각 공정을 수행하여 하부 기판(10) 또는 하부 도전층(미도시)을 노출시키는 콘택홀(미도시)을 완성한다.Finally, a dry etching process is performed on the resultant in which the contact hole 16 is formed, thereby completing a contact hole (not shown) exposing the lower substrate 10 or the lower conductive layer (not shown).

본 발명과의 비교를 위하여 기타 공정은 동일하게 하고 습식 식각 용액으로서 HF와 H₂O₂용액을 차례대로 사용하여 형성한 콘택홀을 도 4에 LAL용액을 사용하여 형성한 콘택홀을 도 5에 나타내었다.For comparison with the present invention, the contact hole formed by using the LAL solution is shown in FIG. 5 and the contact hole formed by using the HF and H ₂ O ₂ solutions sequentially as the wet etching solution is the same as in the other processes. Indicated.

도 4와 도 5에 도시되어 있는 콘택홀을 도 3에 도시되어 있는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 콘택홀과 비교하면, 본 발명에 따라 콘택홀을 형성할 경우 콘택홀의 측면 프로파일이 보다 완만하며 보다 깊고 넓게 형성됨을 알 수 있다.When the contact holes shown in FIGS. 4 and 5 are compared with the contact holes formed according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the side profile of the contact holes is more gentle when the contact holes are formed according to the present invention. And it can be seen that it is formed deeper and wider.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법에 따르면, 불산, 과산화수소, LAL용액을 인-시튜로 차례대로 사용하는 습식 식각 공정을 실시하여 반도체 장치의 콘택홀을 형성하기 때문에 종래와 같이 습식 식각의 전처리 공정으로서 건식 식각 공정을 더 실시할 필요가 없다. 따라서 공정이 단순화되고 공정 시간도 단축시킬수 있을 뿐만 아니라 반도체 기판이 오염되는 문제점도 효과적으로 방지할 수 있다. 다시 말하면 희석된 불산 용액, 과산화수소 용액, LAL용액을 인-시튜로 차례대로 처리함으로써 전처리 공정으로써 건식 식각 공정을 실시하지 않더라도 습식 식각만으로도 측면 프로파일이 완만한 콘택홀을 형성할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따라 형성된 콘택홀에 도전층을 형성할 경우 도전층의 단차 피복력을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the contact hole forming method of the semiconductor device of the present invention, since the contact hole of the semiconductor device is formed by performing a wet etching process using hydrofluoric acid, hydrogen peroxide, and LAL solution sequentially in-situ. As in the pretreatment process of the wet etching, there is no need to further perform the dry etching process. Therefore, the process can be simplified and the process time can be shortened, and the problem of contamination of the semiconductor substrate can be effectively prevented. In other words, by diluting the diluted hydrofluoric acid solution, hydrogen peroxide solution, and LAL solution in-situ sequentially, wet etching alone can form a contact profile with a gentle side profile even without performing a dry etching process as a pretreatment process. Therefore, when the conductive layer is formed in the contact hole formed according to the present invention, it is possible to improve the step coverage of the conductive layer.

Claims

Forming an insulating film on which a contact hole is to be formed;

Forming a photoresist pattern defining a contact hole on the insulating film;

Treating the resultant in which the photoresist pattern is formed with diluted hydrofluoric acid solution;

Treating the resultant treated with the hydrofluoric acid solution to the hydrogen peroxide solution in-situ; And

And forming a contact hole in the insulating film by treating the resultant treated with the hydrogen peroxide solution to the LAL solution in-situ.

The method of claim 1, further comprising a dry etching step after the treating of the LAL solution.