KR19990065141A - Self-aligned contact hole formation method - Google Patents

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KR19990065141A
KR19990065141A KR1019980000270A KR19980000270A KR19990065141A KR 19990065141 A KR19990065141 A KR 19990065141A KR 1019980000270 A KR1019980000270 A KR 1019980000270A KR 19980000270 A KR19980000270 A KR 19980000270A KR 19990065141 A KR19990065141 A KR 19990065141A
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insulating film
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contact hole
aligned contact
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염계희
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윤종용
삼성전자 주식회사
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Abstract

브릿지(bridge) 결함을 방지하고 공정마진을 개선할 수 있는 반도체 소자의 자기 정렬된 콘택홀 형성방법에 관해 개시한다. 이를 위해 본 발명은, 반도체 기판에 게이트 패턴을 형성하는 제1 단계와, 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판 전면에 제4 절연막을 일정한 두께로 적층하는 제2 단계와, 제4 절연막이 형성된 반도체 기판에 층간절연막으로 사용될 제5 절연막을 적층하는 제3 단계와, 제5 절연막 상부에 자기 정렬된 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 제4 단계와, 포토레지스트 패턴을 이용하여 하부 제5 절연막의 일부를 식각하여 상기 게이트 패턴과 게이트 패턴 사이를 노출시키는 자기 정렬 콘택홀을 형성하는 제5 단계와, 포토레지스트 패턴이 있는 상태로 이온주입 공정을 진행하는 제6 단계와, 포토레지스트 패턴을 제거하고 게이트 패턴의 상부를 덮고 있는 제4 절연막을 제거하는 제7 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법을 제공한다.Disclosed is a method of forming a self-aligned contact hole of a semiconductor device capable of preventing bridge defects and improving process margins. To this end, the present invention provides a first step of forming a gate pattern on a semiconductor substrate, a second step of stacking a fourth insulating film to a predetermined thickness on the entire surface of the semiconductor substrate on which the gate pattern is formed, and an interlayer on the semiconductor substrate on which the fourth insulating film is formed. A third step of stacking a fifth insulating film to be used as an insulating film, a fourth step of forming a photoresist pattern for forming a self-aligned contact hole on the fifth insulating film, and a part of the lower fifth insulating film using the photoresist pattern Etching to form a self-aligned contact hole exposing the gate pattern and the gate pattern, a sixth step of performing an ion implantation process with a photoresist pattern, the photoresist pattern is removed and the gate And a seventh step of removing the fourth insulating film covering the upper portion of the pattern. It provides.

Description

자기 정렬된 콘택홀 형성방법Self-aligned contact hole formation method

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조공정중 자기 정렬된 콘택홀(self aligned contact hole)을 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a self aligned contact hole during a manufacturing process of a semiconductor device.

반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라 셀 영역의 면적이 감소하게 되고, 결과적으로 콘택홀의 크기도 감소하여 접촉 저항이 증가하게 된다. 또한 콘택홀 형성시의 사진 식각 공정에서 미스 얼라인(misalign)이 발생하여 콘택홀을 채우는 도전층과 인접한 다른 도전층에 원하지 않게 단락(short)되는 경우가 발생할 수 있다. 이에, 사진 식각 공정 없이 콘택홀이 자기 정렬되도록 형성함으로써, 사진 식각 공정에서의 미스 얼라인에 의해서 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 넓은 영역의 반도체 기판을 노출시킬 수 있는 콘택홀의 형성이 가능한 자기 정렬된 콘택홀(self aligned contact hole)의 형성 방법이 제시되었다. 이러한 자기 정렬된 콘택홀 형성 방법은 반도체 장치의 고집적도 및 고신뢰성에 부응하기 때문에 실제 공정에 많이 적용되고 있다.As the degree of integration of the semiconductor device increases, the area of the cell region decreases, and as a result, the contact hole also decreases, resulting in an increase in contact resistance. In addition, a misalignment may occur in the photolithography process at the time of forming the contact hole, and an undesirably short may occur in another conductive layer adjacent to the conductive layer filling the contact hole. Accordingly, by forming the contact holes to be self-aligned without the photolithography process, it is possible to prevent short circuits due to misalignment in the photolithography process and to expose the wider area of the semiconductor substrate. A method of forming self aligned contact holes has been proposed. Such a self-aligned contact hole forming method is widely applied to actual processes because it meets the high integration and high reliability of semiconductor devices.

이러한 자기 정렬된 콘택홀을 형성 방법은, ① 미스얼라인(Misalignment)의 발생을 억제하여 도전층간의 단락결함을 억제할 수 있으며, ② 수차례의 사진 및 식각 공정을 줄여서 공정을 단순화시키며, ③ 작은 콘택홀에 비해 넓은 부분을 콘택영역으로 사용할 수 있으므로 콘택저항(Contact resistance)을 줄이는 측면에서 유리한 특성을 가지고 있다.Such a method of forming a self-aligned contact hole, ① can suppress the occurrence of misalignment to suppress short circuit defects between the conductive layers, ② simplify the process by reducing the number of photographic and etching processes several times, ③ Compared to small contact holes, a wider area can be used as a contact area, which is advantageous in terms of reducing contact resistance.

도 1 내지 도 6은 종래기술에 의한 반도체 소자의 자기 정렬된 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views according to a process sequence to explain a method for forming a self-aligned contact hole of a semiconductor device according to the prior art.

도 1을 참조하면, 소자분리가 된 반도체 기판(51) 위에 게이트 산화막(53), 게이트 전극(55), 게이트 마스크층(55) 및 게이트 스페이서(61)로 구성된 게이트 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 1, a gate pattern including a gate oxide film 53, a gate electrode 55, a gate mask layer 55, and a gate spacer 61 is formed on a semiconductor substrate 51 having device isolation.

도 2를 참조하면, 상기 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판(51)의 전면(全面)에 식각저지층(etching stopper layer)으로 사용되는 제4 절연막(63)을 일정두께로 형성하고, 층간절연막(interlayer dielectric)으로 사용된 제5 절연막(65)을 상기 제4 절연막(63) 위에 충분한 두께로 형성한다. 이어서, 제5 절연막(65)의 표면을 평탄화시키는 공정을 진행한 후, 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상공정을 진행하여 하부의 게이트 패턴과 게이트 패턴 사이를 노출시켜 자기 정렬된 콘택홀을 식각하기 위한 포토레지스트 패턴(67)을 형성한다.Referring to FIG. 2, a fourth insulating film 63 used as an etching stopper layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 51 on which the gate pattern is formed to have a predetermined thickness, and an interlayer insulating film (interlayer) is formed. A fifth insulating film 65 used as a dielectric is formed on the fourth insulating film 63 to a sufficient thickness. Subsequently, after the process of planarizing the surface of the fifth insulating layer 65 is performed, a photoresist is applied and the exposure and development processes are performed to expose the lower gate pattern and the gate pattern to etch the self-aligned contact holes. To form a photoresist pattern 67.

도 3을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(67)을 식각마스크로 하부의 산화막으로 이루어진 제5 절연막(65)의 일부를 식각하여 게이트 패턴과 게이트 패턴 사이를 노출시키는 자기 정렬된 콘택홀(69)을 형성한다. 이때, 제5 절연막(65)의 하부에 있는 제4 절연막(63)은 식각저지층(etching stopper)의 역할을 수행한다.Referring to FIG. 3, a self-aligned contact hole 69 exposing a portion between the gate pattern and the gate pattern by etching a portion of the fifth insulating layer 65 formed of an oxide layer under the photoresist pattern 67 as an etch mask. To form. In this case, the fourth insulating layer 63 below the fifth insulating layer 65 serves as an etching stopper.

도 4를 참조하면, 상기 자기 정렬된 콘택홀(69)을 형성하기 위해 사용된 포토레지스트 패턴(67)을 에싱(ashing) 공정을 통하여 제거한다. 이어서, 세정공정을 진행하여 잔류하는 포토레지스트를 제거한다.Referring to FIG. 4, the photoresist pattern 67 used to form the self-aligned contact hole 69 is removed through an ashing process. Subsequently, a washing process is performed to remove the remaining photoresist.

도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(67)이 제거된 결과물에서 자기 정렬된 콘택홀 내부에 있는 식각저지층인 제4 절연막을 제거하고, 제5 절연막을 이온주입 마스크로 이온주입 공정을 진행한다.Referring to FIG. 5, the fourth insulating layer, which is the etch stop layer inside the self-aligned contact hole, is removed from the resultant from which the photoresist pattern 67 is removed, and an ion implantation process is performed using the fifth insulating layer as an ion implantation mask. do.

도 6은 상기 이온주입이 진행된 반도체 기판에서 자기 정렬된 콘택홀 바닥인 반도체 기판(100) 표면에서 자라난 자연산화막(native oxide layer, 미도시)을 제거하기 위해 세정공정을 진행하였을 때의 단면도이다. 상기 세정 공정은 통상 습식세정(wet cleaning)을 이용하여 진행하고, 자연산화막의 제거하기 위해 진행되는 세정공정은 이온주입 과정에서 손상을 받아 식각율이 10배 이상 높아진 층간절연막, 즉 제5 절연막(65)을 오버에칭(over etching)하게 된다. 이때, 오버에칭(overetching)은 자기 정렬된 콘택홀의 크기를 커지게 하는데, 1 기가(giga) 이상의 디램(DRAM)과 같은 디자인 룰(Design rule)이 미세한 반도체 소자에서는 심한 경우에 인접하는 도전층간의 브릿지 결함(bridge defect)을 야기할 수 있다. 또한, 인접하는 도전층간의 브릿지 결함은 야기하지 않더라도 적어도 공정 마진(margin)을 악화시키는 결과를 초래한다.FIG. 6 is a cross-sectional view when a cleaning process is performed to remove a native oxide layer (not shown) grown on a surface of a semiconductor substrate 100 that is a bottom of a self-aligned contact hole in a semiconductor substrate subjected to ion implantation. . The cleaning process is generally performed using wet cleaning, and the cleaning process performed to remove the natural oxide film is an interlayer insulating film, ie, a fifth insulating film having an etch rate 10 times higher due to damage during ion implantation. 65 is over etched. In this case, overetching increases the size of the self-aligned contact hole. In the case of a semiconductor device having a fine design rule such as DRAM or more than one gigabyte, the adjacent conductive layers may be severe. May cause bridge defects. In addition, bridge defects between adjacent conductive layers result in at least a worsening of the process margins without causing them.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자기 정렬된 콘택홀에 대해 이온주입 공정을 진행한 후에도 자기 정렬된 콘택홀의 크기가 커지는 문제를 억제할 수 있는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method for forming a self-aligned contact hole capable of suppressing a problem of increasing the size of a self-aligned contact hole even after an ion implantation process is performed on the self-aligned contact hole.

도 1 내지 도 6은 종래기술에 의한 반도체 소자의 자기 정렬된 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 공정 순서에 따라 반도체 기판의 단면을 도시한 단면도들이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating cross-sectional views of a semiconductor substrate in a process sequence to explain a method for forming a self-aligned contact hole of a semiconductor device according to the prior art.

도 7 내지 도 12는 본 발명에 의한 반도체 소자의 자기 정렬된 콘택홀 형성방법을 설명하기 위해 공정 순서에 따라 반도체 기판의 단면을 도시한 단면도들이다.7 to 12 are cross-sectional views illustrating cross-sections of semiconductor substrates in a process sequence to explain a method for forming self-aligned contact holes in a semiconductor device according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 반도체 기판, 102: 제1 절연막,100: semiconductor substrate, 102: first insulating film,

104: 제1 도전층, 106: 제2 절연막,104: first conductive layer, 106: second insulating film,

108: 제3 절연막, 110: 제4 절연막,108: third insulating film, 110: fourth insulating film,

112: 제5 절연막, 114: 포토레지스트 패턴,112: fifth insulating film, 114: photoresist pattern,

116: 자기 정렬된 콘택홀, 118: 이온 빔(Ion Beam).116: self aligned contact hole, 118: ion beam.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판에 게이트 패턴을 형성하는 제1 단계와, 상기 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판 전면에 제4 절연막을 일정한 두께로 적층하는 제2 단계와, 상기 제5 절연막이 형성된 반도체 기판에 층간절연막으로 사용될 제5 절연막을 적층하는 제3 단계와, 상기 결과물에 자기 정렬된 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 제4 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 하부 제5 절연막의 일부를 식각하여 상기 게이트 패턴과 게이트 패턴 사이를 노출시키는 자기 정렬 콘택홀을 형성하는 제5 단계와, 상기 포토레지스트 패턴이 있는 상태로 이온주입 공정을 진행하는 제6 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고 게이트 패턴의 상부를 덮고 있는 제4 절연막을 제거하는 제7 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a first step of forming a gate pattern on a semiconductor substrate, a second step of stacking a fourth insulating film to a predetermined thickness on the entire surface of the semiconductor substrate on which the gate pattern is formed, and the fifth step A third step of stacking a fifth insulating film to be used as an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which the insulating film is formed, a fourth step of forming a photoresist pattern for forming a self-aligned contact hole in the resultant, and using the photoresist pattern A fifth step of forming a self-aligned contact hole for etching a portion of the lower fifth insulating layer to expose the gate pattern and the gate pattern, and a sixth step of performing an ion implantation process with the photoresist pattern present; A seventh step of removing the photoresist pattern and removing a fourth insulating layer covering an upper portion of the gate pattern; It provides a method for forming a self-aligned contact hole, characterized in that.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1 단계의 게이트 패턴을 형성하는 방법은 반도체 기판 위에 형성된 게이트 산화막인 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 위에 제1 도전층과, 상기 제1 도전층 위에 제2 절연막과, 상기 제1 절연막, 제1 도전층, 제2 절연막의 양측면에 형성된 게이트 스페이서인 제3 절연막으로 이루어진 게이트 패턴을 형성하는 것이 적합하며, 이때, 제2 절연막은 질화막 또는 질화막과 산화막의 복합막을 사용하는 것이 적합하고, 제3 절연막은 저압 화학기상증착(LPCVD)이나 플라즈마 화학기상증착(PECVD)에 의한 질화막(SiN)을 사용하고, 제3 절연막은 500∼1000Å의 두께로 형성하는 것이 적합하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the method of forming the gate pattern of the first step includes a first insulating film which is a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a first conductive layer on the first insulating film, and a first conductive layer on the first conductive layer. It is preferable to form a gate pattern made of a second insulating film, and a third insulating film which is a gate spacer formed on both sides of the first insulating film, the first conductive layer, and the second insulating film, wherein the second insulating film is formed of a nitride film or a nitride film and an oxide film. It is preferable to use a composite film of which the third insulating film is a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD) nitride film (SiN), the third insulating film is formed to a thickness of 500 ~ 1000∼ Is suitable.

바람직하게는, 상기 제4 절연막은 저압 화학기상증착(LPCVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD)으로 형성된 질화막으로써 두께를 50∼250Å의 범위로 형성하는 것이 적당하고, 상기 제5 절연막은 고밀도 플라즈마(HDP: High Density Plasma)로 형성한 산화막, BPSG(Boro Phosphorus Silicate Glass) 및 SACVD(sub-atmosphere CVD) 방법으로 형성된 산화막 중에서 선택된 하나를 사용하여 형성된 막으로, 두께를 3000∼6000Å의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the fourth insulating film is a nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD), and preferably has a thickness in a range of 50 to 250 GPa. HDP: A film formed using an oxide film formed of high density plasma (BPSG), an oxide film formed of BPSG (Boro Phosphorus Silicate Glass), and SACVD (sub-atmosphere CVD) method. It is preferable.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제3 단계의 제5 절연막을 적층한 후에, 상기 제3 절연막을 평탄화하는 단계를 더 진행하는 것이 적합하며, 상기 제5 단계의 자기 정렬된 콘택홀을 형성하기 위해 제5 절연막의 일부를 식각하는 방법은 건식식각을 이용하여 게이트 패턴 표면에 제4 절연막이 남아 있도록 진행하는 것이 적합하다.Further, according to a preferred embodiment of the present invention, after stacking the fifth insulating film of the third step, it is suitable to further planarize the third insulating film, and the self-aligned contact hole of the fifth step In order to etch a portion of the fifth insulating film to form a metal, it is preferable to proceed with the fourth insulating film remaining on the surface of the gate pattern using dry etching.

또한, 상기 제6 단계의 이온주입 공정 후에 세정공정을 더 진행하는 것이 적합하고, 상기 제7 단계의 제4 절연막을 제거하는 방법은 건식식각을 이용하는 것이 적합하고, 상기 제7 단계의 제4 절연막을 제거한 후에 세정공정을 추가로 실시하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further proceed with the cleaning process after the ion implantation process of the sixth step, and the method of removing the fourth insulating film of the seventh step is preferably using dry etching, and the fourth insulating film of the seventh step It is preferable to perform a washing | cleaning process further after removing.

본 발명에 따르면, 반도체 소자의 제조공정중에서 자기 정렬된 콘택홀을 형성할 때, 이온주입 공정에 후속되는 습식세정 공정에서 층간절연막의 오버에칭(over etching)에 의한 콘택홀 크기의 증대로 야기되는 브릿지 결함 및 공정마진이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있다.According to the present invention, when the self-aligned contact hole is formed during the manufacturing process of a semiconductor device, the contact hole size caused by the overetching of the interlayer insulating film in the wet cleaning process following the ion implantation process is caused. Bridge defects and process margins can be solved.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7을 참조하면, 트랜치(Trench) 또는 로코스(LOCOS) 소자분리막이 형성된 반도체 기판(100)에 제1 절연막(102)으로 이루어진 게이트 산화막, 제1 도전층(104)으로 이루어진 게이트 전극, 그리고 저압 화학기상증착(LPCVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 이용한 질화막(SiN) 또는 질화막과 산화막의 복합막을 사용하여 제2 절연막(106)을 순차적으로 적층하고 패터닝을 진행하여 제1 절연막(102), 제1 도전층(104) 및 제2 절연막(106)이 순차적으로 적층된 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 결과물에 제3 절연막(108), 예컨대 LPCVD 또는 PECVD로 형성된 질화막을 500∼1000Å 두께로 적층하고 이방성 식각(anisotropic etching)을 진행하여 상기 제1 절연막(102), 제1 도전층(104) 및 제2 절연막(106)이 순차적으로 적층된 양측벽에 게이트 스페이서(gate spacer)를 형성함으로써, 제1 절연막(102), 제1 도전층(104), 제2 절연막(106), 제3 절연막(108)으로 구성된 게이트 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 7, a gate oxide film made of a first insulating film 102, a gate electrode made of a first conductive layer 104, and a semiconductor substrate 100 on which a trench or LOCOS device isolation film is formed, and The second insulating film 106 is sequentially formed by using a nitride film (SiN) using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or a composite film of a nitride film and an oxide film. The first insulating film 102, the first conductive layer 104, and the second insulating film 106 are sequentially stacked to form a pattern by laminating and patterning. Subsequently, a third insulating film 108, for example, a nitride film formed by LPCVD or PECVD, is stacked to a thickness of 500 to 1000 GPa and anisotropic etching is performed on the resultant to form the first insulating film 102 and the first conductive layer 104. ) And the second insulating film 106 are formed on both side walls of which the first insulating film 106 is sequentially stacked, thereby forming the first insulating film 102, the first conductive layer 104, the second insulating film 106, and the third insulating film 106. A gate pattern composed of the insulating film 108 is formed.

도 8을 참조하면, 상기 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판(100)에 후속공정에서 식각저지층(Etching stopper)의 역할을 하는 제4 절연막(110), 예컨대 LPCVD 또는 PECVD로 형성된 질화막(SiN)을 50∼250Å의 두께로 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판(100) 전면에 적층(deposition)한다. 이어서, 층간절연막(interlayer dielectric)으로서의 제5 절연막(112), 예컨대 고밀도 플라즈마(HDP: High Density Plasma)로 형성한 산화막, BPSG(Boro Phosphorus Silicate Glass) 및 SACVD(sub-atmosphere CVD) 방법으로 형성된 산화막 중에서 선택된 하나를 3000∼6000Å의 두께로 적층하고, 에치백(etchback) 또는 화학기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)와 같은 평탄화 공정을 진행하여 상기 제5 절연막(112)의 단차를 없앤다. 여기서, 상기 SACVD(sub-atmosphere CVD)는 화학기상증착(CVD) 과정에서 챔버(Chember)의 압력을 상압(Atmosphere)와 저압(Low pressure)의 사이에서 진행하는 화학기상증착 방식을 말한다. 이어서, 상기 제5 절연막(112)에 포토레지스트(photoresist)를 도포(coating)하고 노광 및 현상공정(exposure development process)을 진행하여 자기 정렬된 콘택홀(self aligned contact hole)을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(114)을 형성한다. 이러한 포토레지스트 패턴(114)의 두께는 5000∼7000Å 정도가 적합하다.Referring to FIG. 8, a fourth insulating film 110 serving as an etching stopper in a subsequent process is formed on the semiconductor substrate 100 on which the gate pattern is formed, such as a nitride film (SiN) formed by LPCVD or PECVD. The semiconductor substrate 100 having the gate pattern formed thereon is deposited to a thickness of ˜250 μs. Subsequently, a fifth insulating film 112 as an interlayer dielectric, for example, an oxide film formed of HDP (High Density Plasma), an oxide film formed by Boro Phosphorus Silicate Glass (BPSG), and a sub-atmosphere CVD (SACVD) method. The selected one of the layers is stacked to a thickness of 3000 to 6000 GPa, and a planarization process such as etchback or chemical mechanical polishing (CMP) is performed to eliminate the step of the fifth insulating layer 112. The sub-atmosphere CVD (SACVD) refers to a chemical vapor deposition method in which a pressure of a chamber is advanced between an atmospheric pressure and a low pressure in a chemical vapor deposition (CVD) process. Subsequently, a photoresist is coated on the fifth insulating layer 112, and a photoresist for forming a self aligned contact hole is performed by performing an exposure and development process. The pattern 114 is formed. As for the thickness of such photoresist pattern 114, about 5000-7000 micrometers is suitable.

도 9를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(114)을 식각마스크로 질화막과 산화막의 식각비 차이를 이용한 선택적 건식식각(selective dry etch)을 진행하여 하부의 제5 절연막(112)의 일부를 식각함으로써 게이트 패턴과 게이트 패턴 사이가 노출되는 자기 정렬된 콘택홀(Self aligned contact hole, 116)을 형성한다. 이때, 제4 절연막(110)은 건식식각 공정에서 식각 저지층(etching stopper)으로 작용한다.Referring to FIG. 9, the photoresist pattern 114 is etched to etch a portion of the lower fifth insulating layer 112 by performing a selective dry etch using a difference in etching ratio between the nitride layer and the oxide layer. A self aligned contact hole 116 is formed to expose the gate pattern and the gate pattern. In this case, the fourth insulating layer 110 serves as an etching stopper in the dry etching process.

도 10을 참조하면, 디램(DRAM) 소자인 경우에는 상기 자기 정렬된 콘택홀(116)을 통하여 반도체 메모리 소자의 데이터 저장을 위한 커패시터가 형성된다. 즉 자기 정렬된 콘택홀이 형성된 영역은 트랜지스터의 소오스(source) 영역이 해당된다. 이때, 커패시터와 소오스 영역간의 접촉저항(contact resistance)을 향상시키기 위해 이온빔(118)을 반도체 기판 전면에 주사(scanning)하는 이온주입 공정을 진행한다. 이때, 자기 정렬된 콘택홀 내부에는 제4 절연막(110)이 게이트 패턴을 덮고 있는 상태이다. 여기서 포토레지스트 패턴(114)이 제5 절연막(112)의 상부를 덮고 있는 상태이기 때문에 이온빔(118)이 주사되는 이온주입 공정에서 발생할 수 있는 제5 절연막(112)의 손상(attack)을 효과적으로 억제할 수 있다.Referring to FIG. 10, in the case of a DRAM device, a capacitor for storing data of a semiconductor memory device is formed through the self-aligned contact hole 116. That is, the region in which the self-aligned contact holes are formed corresponds to the source region of the transistor. At this time, in order to improve contact resistance between the capacitor and the source region, an ion implantation process of scanning the ion beam 118 on the entire surface of the semiconductor substrate is performed. In this case, the fourth insulating layer 110 covers the gate pattern in the self-aligned contact hole. Since the photoresist pattern 114 covers the upper portion of the fifth insulating layer 112, the damage of the fifth insulating layer 112 that may occur in the ion implantation process in which the ion beam 118 is scanned is effectively suppressed. can do.

도 11을 참조하면, 상기 이온주입이 진행된 반도체 기판에 포토레지스트 패턴을 에싱공정(Ashing process)을 통해 제거하고, 잔류하는 폴리머(polymer)를 제거하기 위한 세정공정, 예컨대 1차 습식세정 공정(1'st wet cleaning process)을 진행한다.Referring to FIG. 11, a photoresist pattern is removed from an ion implanted semiconductor substrate through an ashing process, and a cleaning process for removing residual polymer, for example, a first wet cleaning process (1). Proceed with 'st wet cleaning process'.

도 12를 참조하면, 상기 1차 습식세정 공정이 진행된 결과물에서 게이트 패턴의 일부 및 반도체 기판(100)을 덮고 있는 제4 절연막(110), 예컨대 LPCVD 또는 PECVD에 의한 질화막을 건식식각을 이용하여 선택적으로 제거한다. 여기서, 습식식각 대신에 건식식각을 이용하는 이유는, 반도체 기판(100) 및 게이트 패턴의 측단부에 발생할 수 있는 손상(attack)을 최소화하기 위함이다. 이때, 반도체 기판(100) 위에 있는 제4 절연막(110)을 제거하면, 자연산화막(native oxide layer, 미도시)이 반도체 기판(100)의 표면에 성장하는데, 자기 정렬된 콘택홀을 매립하는 물질, 예컨대 폴리실리콘(polysilicon)으로 매몰하기 전 단계에서 2차 습식세정 공정(2'nd wet cleaning process)을 진행하여 자연산화막을 제거하게 된다. 이때, 종래기술에서는 층간절연막인 제5 절연막(112)이 이온주입 공정에서 손상(attack)을 받아 식각율이 10배 이상 높아진 상태이므로 2차 세정공정 과정에서 자기 정렬된 콘택홀이 구성된 제5 절연막(112)에 오버에칭(overetching)이 발생하여 자기 정렬된 콘택홀의 크기를 증대시켜 브릿지 결함의 유발, 또는 공정마진을 떨어뜨렸다. 그러나, 본 발명에서는 이온주입 공정에서 포토레지스트 패턴을 제5 절연막(112) 위에 덮은 상태로 이온주입을 진행하였기 때문에 층간절연막인 제5 절연막(112)에 대한 손상(attack)이 이온주입 공정에서 거의 발생하지 않는다. 따라서, 상기 2차 습식 세정 공정에서 제5 절연막(112)의 식각율이 높아져 자기 정렬된 콘택홀이 있는 제5 절연막(112)이 오버에칭(overetching)되어 콘택홀의 크기가 커지는 문제점을 억제할 수 있고, 이로 인한 브릿지 결함(bridge defect) 내지 공정마진(process margin)이 떨어지는 문제점을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 12, in the result of the first wet cleaning process, the fourth insulating layer 110 covering the portion of the gate pattern and the semiconductor substrate 100, for example, a nitride film by LPCVD or PECVD may be selectively selected using dry etching. To remove it. The reason why the dry etching is used instead of the wet etching is to minimize the damage that may occur at the side ends of the semiconductor substrate 100 and the gate pattern. In this case, when the fourth insulating layer 110 on the semiconductor substrate 100 is removed, a native oxide layer (not shown) grows on the surface of the semiconductor substrate 100, and a material filling a self-aligned contact hole. For example, a second oxide wet cleaning process may be performed before removing the natural oxide layer in a step before being buried in polysilicon. In this case, since the fifth insulating film 112, which is an interlayer insulating film, is damaged in the ion implantation process and the etching rate is increased by 10 times or more, the fifth insulating film including self-aligned contact holes is formed in the second cleaning process. Overetching occurs at 112 to increase the size of the self-aligned contact holes, causing bridge defects or lowering process margins. However, in the present invention, since the ion implantation was performed while the photoresist pattern was covered on the fifth insulating film 112 in the ion implantation process, the damage to the fifth insulating film 112, which is an interlayer insulating film, was almost reduced in the ion implantation process. Does not occur. Therefore, the etching rate of the fifth insulating layer 112 is increased in the second wet cleaning process, so that the fifth insulating layer 112 having the self-aligned contact holes is overetched, thereby preventing the problem of increasing the size of the contact hole. In this case, it is possible to prevent a problem in which bridge defects or process margins fall.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications can be made by those skilled in the art within the technical spirit to which the present invention belongs.

따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 반도체 소자의 제조공정중에서 자기 정렬된 콘택홀을 형성할 때, 이온주입 공정에 후속되는 습식세정 공정에서 층간절연막의 오버에칭(over etching)에 의한 콘택홀 크기의 증대로 야기되는 브릿지 결함 및 공정마진이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있다.Therefore, according to the present invention described above, when forming the self-aligned contact hole in the manufacturing process of the semiconductor device, the contact hole size by the over-etching of the interlayer insulating film in the wet cleaning process following the ion implantation process Bridge defects and process margins caused by the increase can be solved.

Claims (15)

반도체 기판에 게이트 패턴을 형성하는 제1 단계;Forming a gate pattern on the semiconductor substrate; 상기 게이트 패턴이 형성된 반도체 기판 전면에 제4 절연막을 일정한 두께로 적층하는 제2 단계;A second step of stacking a fourth insulating film to a predetermined thickness on an entire surface of the semiconductor substrate on which the gate pattern is formed; 상기 제5 절연막이 형성된 반도체 기판에 층간절연막으로 사용될 제5 절연막을 적층하는 제3 단계;Stacking a fifth insulating film to be used as an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which the fifth insulating film is formed; 상기 결과물에 자기 정렬된 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 제4 단계;Forming a photoresist pattern for forming a self-aligned contact hole on the resultant; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 하부 제5 절연막의 일부를 식각하여 상기 게이트 패턴과 게이트 패턴 사이를 노출시키는 자기 정렬 콘택홀을 형성하는 제5 단계;A fifth step of etching a portion of the lower fifth insulating layer using the photoresist pattern to form a self-aligned contact hole exposing the gate pattern and the gate pattern; 상기 포토레지스트 패턴이 있는 상태로 이온주입 공정을 진행하는 제6 단계; 및A sixth step of performing an ion implantation process with the photoresist pattern present; And 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고 게이트 패턴의 상부를 덮고 있는 제4 절연막을 제거하는 제7 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And removing the photoresist pattern and removing the fourth insulating layer covering the upper portion of the gate pattern. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 단계의 게이트 패턴을 형성하는 방법은 반도체 기판 위에 형성된 게이트 산화막인 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 위에 제1 도전층과, 상기 제1 도전층 위에 제2 절연막과, 상기 제1 절연막, 제1 도전층, 제2 절연막의 양측면에 형성된 게이트 스페이서인 제3 절연막으로 이루어진 게이트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.The method of forming the gate pattern of the first step includes a first insulating film, which is a gate oxide film formed on a semiconductor substrate, a first conductive layer on the first insulating film, a second insulating film on the first conductive layer, and the first insulating film. And forming a gate pattern including a first insulating layer and a third insulating layer, which is a gate spacer formed on both sides of the second insulating layer. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 절연막은 저압 화학기상증착(LPCVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD)으로 형성된 질화막 또는 질화막과 산화막의 복합막을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And the second insulating layer is formed using a nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD) or a composite film of a nitride film and an oxide film. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제3 절연막은 저압 화학기상증착(LPCVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD)으로 형성된 질화막을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.The third insulating film is formed using a nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD). 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제3 절연막은 두께를 500∼1000Å의 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And the third insulating film has a thickness in the range of 500 to 1000 GPa. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제4 절연막은 저압 화학기상증착(LPCVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(PECVD)으로 형성된 질화막을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.The fourth insulating layer is formed using a nitride film formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제4 절연막은 50∼250Å의 두께 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And the fourth insulating film is formed in a thickness range of 50 to 250 kPa. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제5 절연막은 고밀도 플라즈마(HDP)로 형성한 산화막, BPSG 및 SACVD(sub-atmosphere CVD) 방법으로 형성된 산화막 중에서 선택된 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And the fifth insulating layer is formed using one selected from an oxide film formed of high density plasma (HDP), an oxide film formed by BPSG, and a sub-atmosphere CVD (SACVD) method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제5 절연막은 최종적으로 3000∼6000Å의 두께 범위로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And the fifth insulating film is finally formed in a thickness range of 3000 to 6000 microns. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3 단계의 제5 절연막을 적층한 후에, 상기 제3 절연막을 평탄화하는 단계를 더 진행하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And stacking the third insulating film after stacking the fifth insulating film in the third step, further comprising planarizing the third insulating film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제5 단계의 자기 정렬된 콘택홀을 형성하기 위해 제5 절연막의 일부를 식각하는 방법은 건식식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And etching the portion of the fifth insulating film to form the self-aligned contact hole of the fifth step using dry etching. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제5 단계의 자기 정렬된 콘택홀을 형성하기 위해 제5 절연막의 일부를 식각하는 방법은 노출된 게이트 패턴 표면의 제4 절연막이 남아 있도록 진행하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And etching a portion of the fifth insulating film to form the self-aligned contact hole of the fifth step, so that the fourth insulating film on the exposed gate pattern surface remains. 제1항에 있어서, 상기 이온주입 공정을 진행하는 제6 단계 후에, 습식세정 공정을 진행하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.The method of claim 1, further comprising, after the sixth step of the ion implantation process, performing a wet cleaning process. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제7 단계의 제4 절연막을 제거하는 방법은 건식식각을 이용하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.The method of removing the fourth insulating film of the seventh step is using a dry etching method of forming a self-aligned contact. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제7 단계의 제4 절연막을 제거하는 단계 후에 자연산화막 제거를 위한 습식세정을 진행하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 정렬된 콘택홀 형성방법.And performing a wet cleaning process for removing the native oxide film after removing the fourth insulating film of the seventh step.
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KR100533969B1 (en) * 2000-10-04 2005-12-07 주식회사 하이닉스반도체 A method for forming storage node of inner capacitor
KR101027226B1 (en) * 2005-08-23 2011-04-06 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 Magnetic devices and techniques for formation thereof

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