KR19990057377A - Self-aligned Contact Method of Semiconductor Devices - Google Patents

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KR19990057377A KR1019970077428A KR19970077428A KR19990057377A KR 19990057377 A KR19990057377 A KR 19990057377A KR 1019970077428 A KR1019970077428 A KR 1019970077428A KR 19970077428 A KR19970077428 A KR 19970077428A KR 19990057377 A KR19990057377 A KR 19990057377A
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법에 관한 것으로, 반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하고 전체표면상부에 층간절연막을 형성한 다음, 전체표면상부에 평탄화절연막을 형성하고 상기 평탄화절연막을 식각하되, 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 실시하여 상기 층간절연막을 노출시킨 다음, 상기 평탄화절연막과의 식각선택비 차이를 이용하여 상기 층간절연막을 등방성식각하는 공정으로 콘택면적이 증가된 콘택홀을 자기정렬적으로 형성함으로써 콘택공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술이다.The present invention relates to a self-aligned contact method of a semiconductor device, wherein a gate electrode is formed over a semiconductor substrate, an interlayer insulating film is formed over the entire surface, a planarization insulating film is formed over the entire surface, and the planarization insulating film is etched. Exposing the interlayer insulating layer by an etching process using a contact mask, and then isotropically etching the interlayer insulating layer by using an etch selectivity difference with the planarization insulating layer. It is a technology that can improve the characteristics and reliability of the semiconductor device by forming a contact to facilitate the contact process.

Description

반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법Self-aligned Contact Method of Semiconductor Devices

본 발명은 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법에 관한 것으로, 특히 질화막을 식각장벽으로 하여 자기정렬적인 콘택홀을 형성하는 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-aligned contact method of a semiconductor device, and more particularly, to a technique of forming a self-aligned contact hole using a nitride film as an etch barrier.

일반적으로, 메모리 소자에서 중요한 특성인 리프레쉬 타임 ( refresh time ) 은 주로 저장전극 노드와 트랜지스터의 드레인을 연결하는 저장전극 콘택공정시 상기 드레인이 손상되어 발생되는 누설전류에 의하여 결정된다.In general, a refresh time, which is an important characteristic of a memory device, is mainly determined by a leakage current generated by damaging the drain during a storage electrode contact process connecting the storage electrode node and the drain of the transistor.

현재 사용되고 있는 노광기술로는 16 M DRAM 까지 콘택홀을 형성할 때 콘택홀 측벽의 도전층과 절연불량이 발생하지 않고 소자를 형성할 수 있으나, 소자가 고집적화됨에 따라 단위셀의 크기가 축소되고, 그에 따라서 콘택홀과 도전층의 간격이 좁아지게 된다.In the current exposure technology, when forming a contact hole up to 16 M DRAM, a device can be formed without a poor insulation with the conductive layer of the sidewall of the contact hole. However, as the device is highly integrated, the unit cell size is reduced. As a result, the gap between the contact hole and the conductive layer is narrowed.

상기와 같이 좁아진 콘택홀을 형성하기 위하여 콘택의 크기를 축소시켜야 하고, 이를 위하여 노광방식을 바꾸거나, 마스크를 바꾸어서 어느 정도는 해결할 수 있었다. 또한, 자기정렬적인 콘택 ( self-aligned contact, 이하에서 SAC 라 함 ) 으로 이를 해결하기도 하였다.In order to form a narrowed contact hole as described above, the size of the contact should be reduced. For this purpose, the exposure method or the mask may be changed to some extent. In addition, self-aligned contacts (hereinafter referred to as SAC) have been solved.

한편, SAC 공정중 가장 각광받는 것으로 산화막 식각곶엉시 식각장벽으로 질화막을 사용하는 자기정렬적인 콘택 ( nitride barrier SAC, 이하에서 NBSAC 이라 함 ) 공정을 사용한다.On the other hand, the most popular among the SAC process is using a nitride barrier SAC (nitride barrier SAC, hereinafter referred to as NBSAC) process using a nitride film as the etching barrier.

그리고, 상기 NBSAC 공정은 크게 산화막 식각공정과 질화막 식각공정으로 대별된다.The NBSAC process is roughly classified into an oxide layer etching process and a nitride layer etching process.

이중에서 산화막 식각 공정은, 질화막에 대하여 높은 식각 선택비를 얻기 위하여 폴리머 유발 가스인 C3F8이나 C4F8가스를 다량 사용한다. 상기 C3F8이나 C4F8가스는 많은 폴리머를 유발하여 질화막에 대한 식각 선택비는 확보할 수 있으나 콘택홀 내에서 산화막이 완전히 제거되지 않는 식각 멈춘 문제가 발생한다.In the oxide film etching process, a large amount of C 3 F 8 or C 4 F 8 gas, which is a polymer induced gas, is used to obtain a high etching selectivity with respect to the nitride film. The C 3 F 8 or C 4 F 8 gas may induce a large number of polymers to secure an etching selectivity for the nitride film, but there is a problem that the etch stop is not completely removed in the contact hole.

여기서, 질화막에 대한 선택비와 식각 멈춤은, 서로 상반된 현상으로 플로세스 윈도우 ( process window ) 를 좁게 하고 재현성을 악화시키는 요인이 된다.Here, the selectivity and the etch stop with respect to the nitride film are factors that are mutually opposite, which narrows the process window and deteriorates reproducibility.

상기 플로세스 윈도우를 확장하기 위해서는 폴리머 발생이 적은 조건을 사용하며, 이 경우 질화막의 두께를 증가하여야 한다. 그러나, 질화막의 두께를 증가시킬 경우 콘택면적의 감소를 초래하기 때문에 이를 보완하기 위해서 질화막을 등방성 식각하여야 한다.In order to extend the flow window, a condition in which polymer is generated is used. In this case, the thickness of the nitride film must be increased. However, if the thickness of the nitride film is increased, the contact area is reduced, so that the nitride film should be isotropically etched to compensate for this.

이외에 질화막 식각은, 질화막 아래의 산화막이 전기적 절연막으로 사용되기 때문에 산화막의 손상이 가능한 적어야 하며, 산화막에 대하여 높은 식각 선택비 차이가 필요하며, 주변회로 지역에 산화막 식각시 반도체기판이 노출되는 부분이 있어 상기 반도체기판의 식각을 최소화하는 조건을 필요로 한다.In addition, since the oxide layer under the nitride layer is used as an electrical insulating layer, the nitride layer has to be as little as possible to damage the oxide layer. A high etching selectivity difference with respect to the oxide layer is required, and the portion where the semiconductor substrate is exposed when the oxide layer is etched in the peripheral circuit area is required. There is a need for a condition that minimizes the etching of the semiconductor substrate.

그러나, 기존의 질화막 식각 장비의 하나인 이온 인듀스드 식각장비 ( ion induced etcher ) 는 등방성 식각과 산화막에 대하여 높은 식각 선택비를 얻을 수 없다.However, ion induced etcher, which is one of the conventional nitride film etching equipment, cannot obtain high etching selectivity for isotropic etching and oxide film.

그리고, 최근에 각광을 받고 있는 래디칼 식각장비 ( radical etcher ) 는 NF3, CF4, SF6등의 가스를 사용하고 있어 등방성 식각과 산화막에 대하여 높은 식각 선택비를 확보할 수 있으나 반도체기판인 실리콘에 대하여 높은 식각 선택비 확보는 불가능하다.In addition, the radical etcher, which has recently been in the spotlight, uses gases such as NF 3 , CF 4 , SF 6, etc., so it is possible to secure a high etching selectivity for isotropic etching and oxide films, but silicon as a semiconductor substrate It is not possible to secure high etch selectivity.

왜냐하면, 식각에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 에천트 ( etchants ) 이지만 NF3, CF4, SF6등과 같이 주 에천트가 불소 ( fluorine ) 계열인 경우에 있어서, 상기 래디칼 식각장비는, 산화막, 질화막, 실리콘 모두 식각이 가능하기 때문에 박막의 결합력이 식각 속도를 결정하게 된다. 즉, 결합력이 산화막 > 질화막 > 실리콘 순서일 경우, 실리콘의 식각이 가장 빠르게 진행되기 때문에 질화막 식각공정시 실리콘에 에 대하여 높은 식각 선택비는 확보는 불가능하다.Because the most influential factor in etching is etchant, but in the case where the main etchant is a fluorine series such as NF 3 , CF 4 , SF 6, etc., the radical etching equipment is an oxide film or a nitride film. Since both silicon and silicon can be etched, the bonding force of the thin film determines the etching rate. That is, when the bonding force is in the order of oxide film> nitride film> silicon, since the etching of silicon proceeds fastest, it is impossible to secure a high etching selectivity with respect to silicon during the nitride film etching process.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 식각가스에 CH3OH 가스를 첨가하여 질화막 식각시 등방성 식각 형상과 산화막 및 Si에 대하여 높은 식각 특성을 확보할 수 있어 반도체소자의 미세콘택홀을 용이하게 형성할 수 있도록 함으로써 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, in order to solve the problems of the prior art, by adding CH 3 OH gas to the etching gas, it is possible to secure an isotropic etching shape and high etching characteristics with respect to the oxide film and Si during etching the nitride film. It is an object of the present invention to provide a self-aligned contact method of a semiconductor device which can improve the characteristics and reliability of the semiconductor device and thereby enable high integration of the semiconductor device.

도 1 내지 도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법을 도시한 단면도.1 to 6 are cross-sectional views showing a self-aligned contact method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11 : 제1도전체 13 : 마스크산화막11: first conductor 13: mask oxide film

15 : 제1감광막패턴 17 : 절연막 스페이서15: first photosensitive film pattern 17: insulating film spacer

19 : 층간절연막 21 : 평탄화절연막19 interlayer insulating film 21 planarization insulating film

23 : 제2감광막패턴 25 : 콘택홀23: second photosensitive film pattern 25: contact hole

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법은,In order to achieve the above object, a self-aligned contact method of a semiconductor device according to the present invention,

반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하는 공정과,Forming a gate electrode on the semiconductor substrate;

전체표면상부에 층간절연막을 형성하는 공정과,Forming an interlayer insulating film over the entire surface;

전체표면상부에 평탄화절연막을 형성하는 공정과,Forming a planarization insulating film over the entire surface;

상기 평탄화절연막을 식각하되, 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 실시하여 상기 층간절연막을 노출시키는 공정과,Etching the planarization insulating layer and performing an etching process using a contact mask to expose the interlayer insulating layer;

상기 평탄화절연막과의 식각선택비 차이를 이용하여 상기 층간절연막을 등방성식각하되, 주식각가스에 CH3OH 가스를 첨가하여 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And isotropically etching the interlayer insulating layer by using an etching selectivity difference from the planarization insulating layer, and adding CH 3 OH gas to the stock corner gas.

한편, 이상의 목적을 달성하기 위한 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법의 원리는,On the other hand, the principle of the self-aligned contact method of the semiconductor device for achieving the above object,

주 식각가스에 CH3OH 가스를 첨가하여 질화막 식각시 등방성 식각 형상과 산화막 및 반도체기판인 실리콘에 대하여 높은 식각 특성을 확보함으로써 특성을 향상시키는 것이다.CH 3 OH gas is added to the main etching gas to improve the isotropic etching shape and high etching characteristics for the oxide film and silicon, which is an oxide substrate during etching of the nitride film.

즉, 상기 CH3OH 가스는 플라즈마 내에서 해리되면서 H 를 형성하는데 이것은 Si3N4가 NF3나 CF4과 같은 가스에 의하여 식각될 경우 형성되는 N 과 결합함으로써 NH3와 같은 휘발성 식각 생성물을 형성하여 식각을 용이하게 한다. 그리고, SiO2나 Si 은 CH3OH 가 NF3또는 CF4가스와 반응하여 박막 표면에 폴리머를 형성함으로써 식각이 억제되는 것이다. 따라서, CH3OH 가스를 사용할 경우 등방성 식각시 산화막 및 질화막에 대하여 높은 식각 선택비를 얻을 수 있는 조건을 개발할 수 있다.That is, the CH 3 OH gas dissociates in the plasma to form H, which combines with N formed when Si 3 N 4 is etched by a gas such as NF 3 or CF 4 to form a volatile etching product such as NH 3 . To facilitate etching. In addition, SiO 2 and Si are etched because CH 3 OH reacts with NF 3 or CF 4 gas to form a polymer on the surface of the thin film. Therefore, when CH 3 OH gas is used, it is possible to develop a condition for obtaining a high etching selectivity with respect to the oxide film and the nitride film during isotropic etching.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명은 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 반도체기판(도시안됨) 상부에 게이트전극용 제1도전체(11)를 형성하고, 그 상부에 마스크산화막(13)을 형성한 다음, 상기 마스크산화막(13) 상부에 게이트전극 마스크(도시안됨)를 이용한 노광 및 현상공정으로 제1감광막패턴(15)을 형성한다.First, a first conductor 11 for a gate electrode is formed on a semiconductor substrate (not shown), a mask oxide film 13 is formed on the gate electrode, and then a gate electrode mask (shown on the mask oxide film 13). First photosensitive film pattern 15 is formed by an exposure and development process using the &quot;

이때, 상기 제1도전체(11)는 다결정실리콘, 텅스텐 또는 폴리사이드 등으로 형성할 수 있다. (도 1)In this case, the first conductor 11 may be formed of polycrystalline silicon, tungsten or polyside. (Figure 1)

그리고, 상기 제1감광막패턴(15)을 마스크로하여 상기 제1도전체(11)와 마스크산화막(13)을 식각한다.The first conductor 11 and the mask oxide film 13 are etched using the first photoresist pattern 15 as a mask.

그리고, 상기 제1감광막패턴(15)을 제거한 다음, 상기 제1도전체(11)와 마스크산화막(13)의 측벽에 절연막 스페이서(17)를 형성한다. 이때, 절연막 스페이서(17)는 전체표면상부에 절연막을 형성하고 이를 이방성식각하여 형성한다. (도 2, 도 3)After removing the first photoresist layer pattern 15, an insulating layer spacer 17 is formed on sidewalls of the first conductor 11 and the mask oxide layer 13. At this time, the insulating film spacers 17 are formed by forming an insulating film on the entire surface and anisotropically etching them. (FIG. 2, FIG. 3)

그 다음에, 전체표면상부에 층간절연막(19)을 질화막으로 형성한다. 그리고, 전체표면상부를 평탄화시키는 평탄화절연막(21)을 형성한다. 이때, 상기 평탄화절연막(21)은 BPSG 와 같이 유동성이 우수한 절연물질로 형성한다.Then, an interlayer insulating film 19 is formed on the entire surface of the nitride film. Then, the planarization insulating film 21 is formed to planarize the entire upper surface portion. In this case, the planarization insulating layer 21 is formed of an insulating material having excellent fluidity, such as BPSG.

그리고, 상기 평탄화절연막(21) 상부에 제2감광막패턴(23)을 형성한다. 이때, 상기 제2감광막패턴(23)은 콘택마스크(도시안됨)를 이용한 식각공정으로 형성한다. (도 4)A second photoresist layer pattern 23 is formed on the planarization insulating layer 21. In this case, the second photoresist layer pattern 23 is formed by an etching process using a contact mask (not shown). (Figure 4)

그 다음에, 상기 제2감광막패턴(23)을 마스크로하고 상기 층간절연막(19)을 식각장벽으로 하여 상기 평탄화절연막(21)을 식각한다. 이때, 상기 식각공정은 많은 폴리머 유발시키는 C3F8, C4F8, C2HF5등의 가스를 사용하여 실시한다. (도 5)Next, the planarization insulating layer 21 is etched using the second photoresist pattern 23 as a mask and the interlayer insulating layer 19 as an etch barrier. At this time, the etching process is carried out using a gas such as C 3 F 8 , C 4 F 8 , C 2 HF 5 causing a lot of polymers. (Figure 5)

그리고, 상기 평탄화절연막(21)과의 식각선택비 차이를 이용한 등방성식각공정으로 상기 층간절연막을 식각하는 자기정렬적인 공정으로 콘택홀(25)을 형성하고, 상기 제2감광막패턴(23)을 제거한다.In addition, a contact hole 25 is formed by a self-aligned process of etching the interlayer insulating layer by an isotropic etching process using an etching selectivity difference from the planarization insulating layer 21, and the second photoresist layer pattern 23 is removed. do.

이때, 상기 등방성식각공정시 질화막으로 형성된 층간절연막(19)이 일정폭 측면식각되어 언더컷이 형성된다. (도 6)At this time, during the isotropic etching process, the interlayer insulating film 19 formed of the nitride film is laterally etched to form an undercut. (Figure 6)

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법은, 산화막 식각시 식각장벽층으로 사용된 질화막을 등방성 식각하여 콘택면적을 확보할 수 있는 자기정렬적인 콘택공정으로 프로세스 윈도우와 재현성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, the self-aligned contact method of the semiconductor device according to the present invention is a self-aligned contact process that secures a contact area by isotropically etching a nitride film used as an etch barrier layer during oxide etching, thereby ensuring a process window and reproducibility. There is an effect that can be secured.

Claims (3)

반도체기판 상부에 게이트전극을 형성하는 공정과,Forming a gate electrode on the semiconductor substrate; 전체표면상부에 층간절연막을 형성하는 공정과,Forming an interlayer insulating film over the entire surface; 전체표면상부에 평탄화절연막을 형성하는 공정과,Forming a planarization insulating film over the entire surface; 상기 평탄화절연막을 식각하되, 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 실시하여 상기 층간절연막을 노출시키는 공정과,Etching the planarization insulating layer and performing an etching process using a contact mask to expose the interlayer insulating layer; 상기 평탄화절연막과의 식각선택비 차이를 이용하여 상기 층간절연막을 등방성식각하되, 주식각가스에 CH3OH 가스를 첨가하여 실시하는 공정을 포함하는 반도체소자의 자기정렬적인 콘택방법.And isotropically etching the interlayer insulating layer by using an etch selectivity difference from the planarization insulating layer, and adding CH 3 OH gas to the stock corner gas. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층간절연막은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 콘택방법.And said interlayer insulating film is formed of a nitride film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 평탄화절연막은 BPSG 와 같이 유동성이 우수한 절연물질로 형성하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 콘택방법.And the planarization insulating film is formed of an insulating material having excellent fluidity such as BPSG.
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KR20020011473A (en) * 2000-08-02 2002-02-09 박종섭 The method of fabricating contacts in semiconductor device

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