KR20020061353A - Method for forming contact hole for semiconductor device - Google Patents

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유준열
김윤식
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삼성전자 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A method for forming a contact hole of a semiconductor device is provided to form the contact hole necessary for the semiconductor device without deteriorating an electrical characteristic of the semiconductor device by etching an insulation film in a small etching selection ratio condition. CONSTITUTION: A gate electrode(20) and a source/drain region(32) are formed on a semiconductor substrate(10). A metal silicide film(34) is formed only on the source/drain region of a logic circuit region. The first interlayer insulation film(40) is formed on a surface of the results. A self-align contact pad(42) is formed between two gate electrodes adjacent to a cell array region. The second interlayer insulation film(50) is formed on the results. A photoresist pattern is formed on the second interlayer insulation film. The first and the second interlayer insulation film and the silicon nitride film(26) are etched by a MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) method using a mixture gas of CHF3, CO and O2 as an etching gas. Then, the first, the second and the third contact hole(H1,H2,H3) are formed.

Description

반도체 소자의 콘택홀 형성 방법{Method for forming contact hole for semiconductor device}Method for forming contact hole of semiconductor device {Method for forming contact hole for semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고집적 반도체 소자 형성에 필요한 콘택홀 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a contact hole for forming a highly integrated semiconductor device.

일반적으로, 반도체 소자는 주로 MOS (metal oxide semiconductor) 트랜지스터로 구성되어 있다. MOS 트랜지스터의 전기적인 특성은 반도체 소자의 특성과 밀접한 관계를 갖는다. 이에 따라 MOS 트랜지스터의 스위칭 속도와 같은 특성을 개선하기 위하여 게이트 전극 및 소스/드레인 영역에 비저항이 낮은 금속 실리사이드막을 선택적으로 형성하는 샐리사이드(salicide) 기술이 널리 사용되고 있다.In general, semiconductor devices are mainly composed of metal oxide semiconductor (MOS) transistors. The electrical characteristics of MOS transistors are closely related to those of semiconductor devices. Accordingly, in order to improve characteristics such as switching speed of the MOS transistor, a salicide technique that selectively forms a metal silicide film having a low specific resistance in the gate electrode and the source / drain region is widely used.

최근, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 DRAM과 같은 메모리와 로직이 하나의 칩에 머지(merge)되는 형태인 MDL(merged DRAM and logic)과 같은 복합칩이 개발되었다. 이와 같이 반도체 메모리 소자의 기능 및 논리 소자의 기능을 모두 갖는 반도체 소자에 있어서, 메모리 셀 트랜지스터에는 게이트 전극에만 선택적으로 금속 실리사이드막을 형성하고, 논리 회로를 구성하는 트랜지스터에는 게이트 전극 및 소스/드레인 영역에 모두 금속 실리사이드막을 형성하는 기술이 요구되고 있다.Recently, as the integration of semiconductor devices increases, a complex chip such as merged DRAM and logic (MDL), in which memory and logic such as DRAM are merged into one chip, has been developed. As described above, in a semiconductor device having both a function of a semiconductor memory element and a function of a logic element, a metal silicide film is selectively formed on the gate electrode of the memory cell transistor, and the gate electrode and the source / drain regions of the transistor of the logic circuit In all, a technique for forming a metal silicide film is required.

또한, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자 제조를 위한 공정이 점차 복잡해지고 있으며, 따라서 난이도 높은 단위 공정 기술의 개발이 요구된다. 특히, 다양한 종류의 막질로 이루어지는 다중층을 관통하여 형성되어야 하는 배선 형성용 콘택 스터드(contact stud)를 형성하기 위하여, 아스펙트 비(aspect ratio)가 큰, 좁고 깊은 콘택홀을 형성하는 에칭 공정에서는 에칭되는 다양한 막들에 대한 선택비를 콘트롤함으로써, 콘택홀이 낫오픈(not open)되거나 필요 이상으로 오버 에칭되는 현상을 방지하기 위한 기술 개발이 시급하다.In addition, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the process for manufacturing semiconductor devices becomes increasingly complex, and therefore, development of highly difficult unit process technology is required. In particular, in the etching process of forming a narrow and deep contact hole having a large aspect ratio, in order to form a contact stud for forming a wiring which must be formed through multiple layers of various kinds of films. By controlling the selectivity for the various films to be etched, it is urgent to develop a technique to prevent the contact holes from being open or over-etched more than necessary.

종래의 반도체 소자는 절연막이 주로 산화막 계열의 물질로 이루어졌고, 따라서 배선 형성용 콘택 스터드를 형성하기 위하여 에칭해야 할 절연막의 종류가 주로 산화막으로 한정되어 있어서, 콘택 스터드 형성에 필요한 콘택홀 형성 공정시 CF4, CHF3, CH2F2등의 에칭 가스를 사용하여 왔다. 그러나, 최근에는 반도체 소자의집적도가 증가함에 따라 디자인 룰(design rule)이 축소되어 SAC(self-align contact) 형성 기술이 도입되었으며, 그에 따라 SAC 형성을 위한 자기정렬 콘택홀을 형성하기 위하여는, 하부 도전층, 예를 들면 게이트 전극층을 비교적 두꺼운 두께의 실리콘 질화막으로 덮고 이를 에칭 스토퍼(etching stopper)로 하여 산화막에 대하여 높은 선택비를 가지는 조건으로 에칭 공정을 행한다.In the conventional semiconductor device, since the insulating film is mainly composed of an oxide-based material, the type of insulating film to be etched to form the contact stud for wiring formation is mainly limited to the oxide film, so that the contact hole formation process required for forming the contact stud is required. Etching gases such as CF 4 , CHF 3 , and CH 2 F 2 have been used. However, in recent years, as the degree of integration of semiconductor devices increases, design rules have been reduced, and self-aligned contact (SAC) forming technology has been introduced. Accordingly, in order to form self-aligned contact holes for forming SAC, The lower conductive layer, for example, the gate electrode layer, is covered with a silicon nitride film having a relatively thick thickness and is used as an etching stopper to perform an etching process under conditions having a high selectivity to the oxide film.

그러나, MDL 소자의 경우에 있어서, 주변 회로 영역에서는 상부의 금속 배선층을 상기 게이트 전극층에 연결시키기 위하여 상기 게이트 전극층을 노출시키는 콘택 스터드를 형성하여야 할 필요가 있다. 이 때, SAC 기술을 채용한 소자의 경우에는 상기 게이트 전극층 위에 콘택 스터드를 형성하기 위하여 층간절연막을 구성하는 산화막과, 게이트 전극층을 덮고 있는 두꺼운 실리콘 질화막을 모두 에칭하여야 한다. 이 경우, 종래의 콘택홀 형성 방법으로 상기 콘택홀을 형성하면 실리콘 질화막 에칭시 C-N 계열의 부산물이 다량 발생되어 실리콘 질화막이 효율적으로 제거되지 못하고, 상기 게이트 전극층을 덮고 있는 실리콘 질화막에서 에칭이 정지되어버려 상기 게이트 전극층을 노출시킬 수 없게 된다.However, in the case of the MDL element, it is necessary to form a contact stud exposing the gate electrode layer in order to connect the upper metal wiring layer to the gate electrode layer in the peripheral circuit region. In this case, in the case of the device employing the SAC technology, both the oxide film constituting the interlayer insulating film and the thick silicon nitride film covering the gate electrode layer must be etched to form a contact stud on the gate electrode layer. In this case, when the contact hole is formed by a conventional contact hole forming method, a large amount of CN-based by-products are generated during etching of the silicon nitride film, so that the silicon nitride film cannot be removed efficiently, and the etching is stopped in the silicon nitride film covering the gate electrode layer. The gate electrode layer cannot be exposed.

이를 방지하기 위하여 에칭 타겟(target)을 증가시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 상기 콘택 스터드 형성을 위한 콘택홀 형성 공정은 통상적으로 주변 회로 영역의 게이트 전극층 뿐 만 아니라, 셀 어레이 영역에서 인접하는 2개의 게이트 전극에 의하여 자기정렬되는 콘택 패드와, 논리 회로 영역에 있는 소스/드레인 영역에 대하여도 동시에 이루어진다. 따라서, 상기 콘택 스터드 형성을 위한 콘택홀 형성 공정에서 에칭 타겟을 증가시켜서 에칭 공정을 행하면, 주변 회로 영역에서 게이트 전극층을 노출시키는 것은 가능하지만, 논리 회로 영역에서는 소스/드레인 영역의 금속 실리사이드막이 오버에치(overetch)되어 비저항 특성 및 누설 전류 특성이 열화된다.In order to prevent this, a method of increasing an etching target may be considered. However, the contact hole forming process for forming the contact stud is typically not only a gate electrode layer in a peripheral circuit region, but also a contact pad self-aligned by two adjacent gate electrodes in a cell array region, and a source in a logic circuit region. The same is true for the / drain region. Therefore, when the etching process is performed by increasing the etching target in the contact hole forming process for forming the contact stud, it is possible to expose the gate electrode layer in the peripheral circuit region, but in the logic circuit region, the metal silicide film of the source / drain region is over. Overetching deteriorates the resistivity and leakage current characteristics.

본 발명의 목적은 산화막과 질화막과의 에칭 선택비가 작은 조건으로 산화막 및 실리콘 질화막이 혼재되어 있는 절연막을 에칭하여 반도체 소자의 전기적인 특성을 열화시키기 않고 반도체 소자에 필요한 콘택 형성을 가능하게 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 제공하는 것이다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to etch an insulating film in which an oxide film and a silicon nitride film are mixed in a condition that the etching selectivity between the oxide film and the nitride film is small, thereby enabling the formation of a contact required for the semiconductor device without deteriorating the electrical characteristics of the semiconductor device. It is to provide a method for forming a contact hole.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 반도체 기판, 20: 게이트 전극, 22: 도핑된 폴리실리콘막, 24: 금속 실리사이드막, 26: 실리콘 질화막, 32: 소스/드레인 영역, 34: 금속 실리사이드막, 40: 제1 층간절연막, 42: 자기정렬 콘택 패드, 50: 제2 층간절연막, 60: 포토레지스트 패턴, 62a: 제1 홀, 62b: 제2 홀, 62c: 제3 홀, 64: 혼합 가스, 66a, 66b, 66c: 콘택 스터드, 70: 금속 배선층.10 semiconductor substrate, 20 gate electrode, 22 doped polysilicon film, 24 metal silicide film, 26 silicon nitride film, 32 source / drain region, 34 metal silicide film, 40 first interlayer insulating film, 42 : Self-aligned contact pad, 50: second interlayer insulating film, 60: photoresist pattern, 62a: first hole, 62b: second hole, 62c: third hole, 64: mixed gas, 66a, 66b, 66c: contact stud , 70: metal wiring layer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법에서는 반도체 기판상에 도전층을 형성한다. 상기 도전층을 덮는 실리콘 질화막을 형성한다. 상기 실리콘 질화막 위에 산화막을 형성한다. 상기 산화막 위에 상기 산화막의 상면을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여, CHF3, CO 및 O2의 혼합 가스를 에칭 가스로 사용하는 MERIE (magnetically enhanced reactive ion etching) 방법에 의하여 상기 산화막 및 실리콘 질화막을 에칭하여 상기 도전층을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.In order to achieve the above object, in the contact hole forming method of a semiconductor device according to an aspect of the present invention, a conductive layer is formed on a semiconductor substrate. A silicon nitride film is formed to cover the conductive layer. An oxide film is formed on the silicon nitride film. A photoresist pattern is formed on the oxide film to partially expose an upper surface of the oxide film. Using the photoresist pattern as an etching mask, the oxide layer and the silicon nitride layer are etched to expose the conductive layer by a magnetically enhanced reactive ion etching (MERIE) method using a mixed gas of CHF 3 , CO, and O 2 as an etching gas. Contact holes are formed.

상기 혼합 가스중 O2의 유량은 상기 혼합 가스의 총 유량을 기준으로 3 ∼ 10 부피%이다.The flow rate of O 2 in the mixed gas is 3 to 10% by volume based on the total flow rate of the mixed gas.

상기 에칭 단계는 -10 ∼ 40℃의 온도 범위 내에서 행한다.The said etching step is performed in the temperature range of -10-40 degreeC.

상기 도전층은 도핑된 폴리실리콘막과 금속 실리사이드막이 적층된 폴리사이드 구조를 가지는 게이트 전극을 구성할 수 있다. 이 때, 상기 에칭 단계에서는 상기 금속 실리사이드막을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.The conductive layer may form a gate electrode having a polyside structure in which a doped polysilicon layer and a metal silicide layer are stacked. At this time, in the etching step, a contact hole for exposing the metal silicide layer is formed.

본 발명의 다른 양태에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법에서는, 반도체 기판상의 논리 회로 영역, 주변 회로 영역 및 셀 어레이 영역에 각각 실리콘 질화막으로 완전히 덮인 복수의 게이트 전극과, 소스/드레인 영역을 형성한다. 상기 논리 회로 영역의 소스/드레인 영역에 제1 금속 실리사이드막을 형성한다. 상기 실리콘 질화막 및 제1 금속 실리사이드막을 덮도록 상기 결과물 전면에 층간절연막을 형성한다. 상기 층간절연막 위에 상기 층간절연막의 상면을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여, CHF3, CO 및 O2의 혼합 가스를 식각 가스로 사용하는 MERIE 방법에 의하여 상기 층간절연막 및 실리콘 질화막을 식각하여, 상기 논리 회로 영역의 제1 금속 실리사이드막과, 상기 주변 회로 영역의 게이트 전극을 각각 노출시키는 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀을 형성한다.In the method for forming a contact hole in a semiconductor device according to another aspect of the present invention, a plurality of gate electrodes and source / drain regions completely covered with a silicon nitride film are respectively formed in a logic circuit region, a peripheral circuit region, and a cell array region on a semiconductor substrate. . A first metal silicide film is formed in the source / drain regions of the logic circuit region. An interlayer insulating film is formed on the entire surface of the product to cover the silicon nitride film and the first metal silicide film. A photoresist pattern is formed on the interlayer insulating layer to partially expose an upper surface of the interlayer insulating layer. The interlayer insulating film and the silicon nitride film are etched by the MERIE method using the photoresist pattern as an etch mask and a mixed gas of CHF 3 , CO, and O 2 as an etch gas to form a first metal silicide film in the logic circuit region. And a first contact hole and a second contact hole exposing the gate electrode of the peripheral circuit region, respectively.

본 발명에 따르면, 산화막과 실리콘 질화막이 혼재되어 있는 복수의 막들을 단일의 에칭 공정으로 에칭하여도 질화막에 대한 산화막의 에칭 선택비가 2:1 이하로 되어 도중에 에칭이 정지되는 문제가 없으며, 폴리실리콘막, 금속 실리사이드막 등과 같은 다양한 에칭 스토퍼에 대하여 우수한 에칭 선택비를 제공하는 조건으로에칭 공정을 행하므로, 다양한 종류의 하지막을 에칭 스토퍼로 이용하는 콘택홀 형성 공정에서 유리하게 적용될 수 있다.According to the present invention, even if the plurality of films in which the oxide film and the silicon nitride film are mixed are etched in a single etching process, the etching selectivity of the oxide film to the nitride film becomes 2: 1 or less, so that the etching is not stopped. Since the etching process is performed on the conditions which provide the excellent etching selectivity with respect to various etching stoppers, such as a film | membrane and a metal silicide film | membrane, it can be advantageously applied in the contact hole formation process which uses various kinds of base films as an etching stopper.

다음에, 본 발명의 일 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다음에 예시하는 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 첨부 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다.The following exemplary embodiments can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the following exemplary embodiments. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. In the accompanying drawings, the size or thickness of the films or regions is exaggerated for clarity. In addition, when a film is described as "on" another film or substrate, the film may be directly on top of the other film, and a third other film may be interposed therebetween.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of forming a contact hole in a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention in a process sequence.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)상의 논리 회로 영역, 주변 회로 영역 및 셀 어레이 영역에 각각 복수의 게이트 전극(20)과, 소스/드레인 영역(32)을 형성한다. 상기 게이트 전극(20)은 그 상부 및 측벽이 실리콘 질화막(26)에 의하여 완전히 덮이도록 형성한다. 상기 게이트 전극(20)은 도핑된 폴리실리콘막(22)과, 금속 실리사이드막(24), 예를 들면 텅스텐 실리사이드막이 적층된 폴리사이드 구조를 갖도록 형성한다.Referring to FIG. 1, a plurality of gate electrodes 20 and source / drain regions 32 are formed in a logic circuit region, a peripheral circuit region, and a cell array region on a semiconductor substrate 10, respectively. The gate electrode 20 is formed so that the top and sidewalls thereof are completely covered by the silicon nitride film 26. The gate electrode 20 is formed to have a polyside structure in which a doped polysilicon layer 22 and a metal silicide layer 24, for example, a tungsten silicide layer are stacked.

도 2를 참조하면, 상기 논리 회로 영역의 소스/드레인 영역(32)에만 금속 실리사이드막(34), 예를 들면 코발트 실리사이드막을 형성한다. 상기 금속 실리사이드막(34)을 상기 논리 회로 영역의 소스/드레인 영역(32)에만 형성하는 이유는 다음과 같다. 즉, MDL 복합칩의 집적도가 증가하게 되면, 게이트 전극의 선폭 및 콘택 사이즈가 축소되고, 그로 인해 콘택 저항과 시트(sheet) 저항이 높아지는 현상이 야기된다. 그 결과, 반도체 소자가 고속 동작을 수행할 수 없을 뿐 만 아니라 RC 타임 딜레이(delay)로 인한 신호 지연 및 전력 소모 증가 등은 신뢰성 저하 현상을 야기시킨다. 이를 방지하기 위하여 상기 금속 실리사이드막(34)을 형성하는 것이다. 그러나, 반도체 소자의 전체 영역에 걸쳐서 실리사이드막을 형성하는 경우에는 DRAM 셀 어레이 영역의 활성 영역에 형성된 실리사이드막으로 인하여 셀 어레이 영역에서, 특히 상부에 스토리지 노드가 형성될 활성 영역에서 정크션 리키지(junction leakage)가 증가하게 되어 커패시터의 저장 능력이 떨어지고, DRAM 셀의 리프레쉬 특성이 저하되는 불량이 발생된다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 논리 회로 영역의 소스/드레인 영역(32)에만 상기 금속 실리사이드막(34)을 형성하는 것이다.Referring to FIG. 2, the metal silicide layer 34, for example, a cobalt silicide layer, is formed only in the source / drain region 32 of the logic circuit region. The metal silicide layer 34 is formed only in the source / drain region 32 of the logic circuit region as follows. In other words, when the degree of integration of the MDL composite chip is increased, the line width and the contact size of the gate electrode are reduced, thereby increasing the contact resistance and the sheet resistance. As a result, not only the semiconductor device may not perform high-speed operation but also an increase in signal delay and power consumption due to RC time delay may cause a decrease in reliability. In order to prevent this, the metal silicide layer 34 is formed. However, in the case of forming the silicide film over the entire region of the semiconductor device, the junction solution is formed in the cell array region, particularly in the active region in which the storage node is formed, due to the silicide film formed in the active region of the DRAM cell array region. Leakage increases, resulting in a poor storage capacity of the capacitor and a failure in the refresh characteristics of the DRAM cell. Therefore, in order to prevent this, the metal silicide layer 34 is formed only in the source / drain region 32 of the logic circuit region.

도 3을 참조하면, 상기 논리 회로 영역에 상기 금속 실리사이드막(34)이 형성되어 있는 결과물 전면에 상기 실리콘 질화막(26) 및 제1 금속 실리사이드막(34)을 덮도록 제1 층간절연막(40)을 형성한다. 상기 제1 층간절연막(40)은 예를 들면 HDP(high density plasma) 산화막으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3, the first interlayer insulating layer 40 covers the silicon nitride layer 26 and the first metal silicide layer 34 on the entire surface of the resultant product in which the metal silicide layer 34 is formed in the logic circuit region. To form. The first interlayer insulating film 40 may be formed of, for example, a high density plasma (HDP) oxide film.

그 후, 통상의 SAC(self-align contact) 형성 공정을 이용하여 셀 어레이 영역에서 인접하는 2개의 게이트 전극(20) 사이에 자기정렬 콘택 패드(42)를 형성한다.Thereafter, a self-aligned contact pad 42 is formed between two adjacent gate electrodes 20 in the cell array region using a conventional self-align contact (SAC) forming process.

도 4를 참조하면, 상기 자기정렬 콘택 패드(42)가 형성된 결과물 전면에 제2 층간절연막(50)을 형성한다. 상기 제2 층간절연막(50)은 P-TEOS (tetraethylorthosilicate)막으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, a second interlayer insulating film 50 is formed on the entire surface of the resultant self-aligned contact pad 42. The second interlayer insulating film 50 may be formed of a tetraethylorthosilicate (P-TEOS) film.

도 5를 참조하면, 상기 제2 층간절연막(50) 위에 상기 제2 층간절연막(50)의 상면을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴(60)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴(60)은 논리 회로 영역에 형성된 싱기 금속 실리사이드막(34)의 상부, 주변 회로 영역에 형성된 상기 게이트 전극(20)의 상부, 및 셀 어레이 영역에 형성된 상기 자기정렬 콘택 패드(42)의 상부에서 각각 상기 제2 층간절연막의 상면을 노출시키는 제1 홀(62a), 제2 홀(62b) 및 제3 홀(62c)을 갖도록 형성한다.Referring to FIG. 5, a photoresist pattern 60 is formed on the second interlayer insulating film 50 to partially expose an upper surface of the second interlayer insulating film 50. The photoresist pattern 60 may be formed on top of the thin metal silicide layer 34 formed on the logic circuit region, on the gate electrode 20 formed on the peripheral circuit region, and on the self-aligned contact pad 42 formed on the cell array region. Is formed to have a first hole 62a, a second hole 62b, and a third hole 62c exposing the top surface of the second interlayer insulating film.

도 6을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(60)을 식각 마스크로하여, CHF3, CO 및 O2의 혼합 가스(64)를 식각 가스로 사용하는 MERIE (magnetically enhanced reactive ion etching) 방법에 의하여 상기 제2 층간절연막(50), 제1 층간절연막(40) 및 실리콘 질화막(26)을 식각한다. 상기 혼합 가스(64)로서, 예를 들면 45 sccm의 CHF3, 150 sccm의 CO 및 6 sccm의 O2를 공급할 수 있다. 상기 혼합 가스(64)중 O2의 유량은 상기 혼합 가스의 총 유량을 기준으로 3 ∼ 10 부피%로 되도록 한다. 또한, 상기 혼합 가스(64)를 사용한 MERIE 에칭 공정은 -10 ∼ 40℃의 온도 범위 내에서 행한다. 상기한 바와 같은 조건으로 MERIE 에칭 공정을 행하면 질화막에 대한 산화막의 에칭 선택비가 2:1 이하로 되어 상기 제2 층간절연막(50),제1 층간절연막(40) 및 실리콘 질화막(26)을 1 스텝 공정으로 에칭하여도 도중에 에칭이 정지되는 문제가 없다. 또한, 상기 혼합 가스(64)를 이용하여 상기한 조건 하에서 행하여지는 MERIE 방법은 폴리실리콘막, 금속 실리사이드막 등에 대하여 우수한 에칭 선택비를 제공한다. 따라서, 다양한 종류의 하지막을 에칭 스토퍼로 이용하는 소자 형성에 필요한 콘택홀 형성 공정에서 유리하게 적용될 수 있다.Referring to FIG. 6, the photoresist pattern 60 is used as an etch mask and the magnetically enhanced reactive ion etching (MERIE) method uses a mixed gas 64 of CHF 3 , CO, and O 2 as an etching gas. The second interlayer insulating film 50, the first interlayer insulating film 40, and the silicon nitride film 26 are etched. As the mixed gas 64, for example, 45 sccm of CHF 3 , 150 sccm of CO and 6 sccm of O 2 can be supplied. The flow rate of O 2 in the mixed gas 64 is 3 to 10% by volume based on the total flow rate of the mixed gas. In addition, the MERIE etching process using the said mixed gas 64 is performed in the temperature range of -10-40 degreeC. When the MERIE etching process is performed under the conditions described above, the etching selectivity ratio of the oxide film to the nitride film becomes 2: 1 or less, so that the second interlayer insulating film 50, the first interlayer insulating film 40, and the silicon nitride film 26 are one step. Even if the process is etched, there is no problem that etching is stopped in the middle. In addition, the MERIE method performed under the above conditions using the mixed gas 64 provides an excellent etching selectivity with respect to the polysilicon film, the metal silicide film and the like. Therefore, it can be advantageously applied in the process of forming a contact hole required for forming an element using various kinds of underlayers as an etching stopper.

본 실시예에서는, 상기 혼합 가스(64)를 이용한 에칭 공정이 상기 논리 회로 영역의 금속 실리사이드막(34), 상기 주변 회로 영역의 금속 실리사이드막(24) 및 상기 셀 어레이 영역의 자기정렬 콘택 패드(42)에 대하여 우수한 에칭 선택비를 제공하므로, 상기 금속 실리사이드막(34)이 오버에치에 의해 손상될 염려가 없다. 따라서, 상기 조건에 따른 에칭 공정 결과로서, 상기 논리 회로 영역의 소스/드레인 영역(32)에 형성된 금속 실리사이드막(34)을 노출시키는 제1 콘택홀(H1)과, 상기 주변 회로 영역의 게이트 전극(20)을 구성하는 금속 실리사이드막(24)을 노출시키는 제2 콘택홀(H2)과, 상기 셀 어레이 영역에서 상기 자기정렬 콘택 패드(42)를 노출시키는 제3 콘택홀(H3)이 형성될 수 있다.In this embodiment, the etching process using the mixed gas 64 is performed by the metal silicide film 34 of the logic circuit region, the metal silicide film 24 of the peripheral circuit region, and the self-aligned contact pads of the cell array region. By providing an excellent etching selectivity with respect to 42, there is no fear that the metal silicide film 34 will be damaged by overetching. Therefore, as a result of the etching process according to the above conditions, the first contact hole H1 exposing the metal silicide film 34 formed in the source / drain region 32 of the logic circuit region and the gate electrode of the peripheral circuit region. A second contact hole H2 exposing the metal silicide layer 24 constituting the 20 and a third contact hole H3 exposing the self-aligned contact pad 42 in the cell array region. Can be.

도 7을 참조하면, 상기 제1 콘택홀(H1), 제2 콘택홀(H2) 및 제3 콘택홀(H3) 내에 도전 물질, 예를 들면 텅스텐을 채워서 콘택 스터드(66a, 66b, 66c)를 형성한다.Referring to FIG. 7, the contact studs 66a, 66b, and 66c may be filled by filling a conductive material such as tungsten in the first contact hole H1, the second contact hole H2, and the third contact hole H3. Form.

도 8을 참조하면, 상기 콘택 스터드(66a, 66b, 66c) 위에 도전막, 예를 들면 텅스텐막을 형성하여 금속 배선층(70)을 형성한다.Referring to FIG. 8, a conductive film, for example, a tungsten film, is formed on the contact studs 66a, 66b, and 66c to form a metal wiring layer 70.

본 발명에 따르면, 산화막과 실리콘 질화막이 혼재되어 있는 복수의 막들을 단일의 에칭 공정으로 에칭하여 아스펙트 비가 큰 콘택홀을 형성하기 위하여 CHF3, CO 및 O2의 혼합 가스를 에칭 가스로 사용하는 MERIE 방법을 이용한다. 따라서, 질화막에 대한 산화막의 에칭 선택비가 2:1 이하로 되어, 산화막과 실리콘 질화막이 혼재되어 있는 복수의 막들을 단일의 에칭 공정으로 에칭하여도 도중에 에칭이 정지되는 문제가 없다. 또한, 산화막과 실리콘 질화막이 혼재되어 있는 복수의 막들이 존재하는 영역과, 산화막 만으로 이루어지는 영역에서 각각 동시에 에칭 공정을 행하여 각각의 영역에 필요한 콘택홀을 형성하는 경우에도 상기 콘택홀에 의하여 노출되는 도전층이 완전히 노출되기 전에 에칭이 정지되는 등의 문제가 없다. 또한, 상기 혼합 가스를 이용하는 MERIE 방법에서는 폴리실리콘막, 금속 실리사이드막 등과 같은 다양한 에칭 스토퍼에 대하여 우수한 에칭 선택비를 제공한다. 따라서, 예를 들면 MDL 소자 제조 공정에서와 같이 다양한 종류의 하지막을 에칭 스토퍼로 이용하는 콘택홀 형성 공정에서 유리하게 적용될 수 있다.According to the present invention, a mixed gas of CHF 3 , CO and O 2 is used as an etching gas to etch a plurality of films in which an oxide film and a silicon nitride film are mixed in a single etching process to form a contact hole having a large aspect ratio. Use the MERIE method. Accordingly, the etching selectivity ratio of the oxide film to the nitride film is 2: 1 or less, so that the etching is not stopped even when the plurality of films in which the oxide film and the silicon nitride film are mixed are etched in a single etching process. In addition, in the case where a plurality of films in which an oxide film and a silicon nitride film are mixed are present and an oxide film is formed at the same time, etching is performed at the same time to form the necessary contact holes in each area. There is no problem such that the etching is stopped before the layer is completely exposed. In addition, the MERIE method using the mixed gas provides excellent etching selectivity for various etching stoppers such as polysilicon film, metal silicide film and the like. Therefore, it can be advantageously applied in the process of forming a contact hole using various kinds of underlayers as etching stoppers, for example, in the manufacturing process of MDL elements.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.

Claims (10)

반도체 기판상에 도전층을 형성하는 단계와,Forming a conductive layer on the semiconductor substrate, 상기 도전층을 덮는 실리콘 질화막을 형성하는 단계와,Forming a silicon nitride film covering the conductive layer; 상기 실리콘 질화막 위에 산화막을 형성하는 단계와,Forming an oxide film on the silicon nitride film; 상기 산화막 위에 상기 산화막의 상면을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern partially exposing the top surface of the oxide film on the oxide film; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여, CHF3, CO 및 O2의 혼합 가스를 에칭 가스로 사용하는 MERIE (magnetically enhanced reactive ion etching) 방법에 의하여 상기 산화막 및 실리콘 질화막을 에칭하여 상기 도전층을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.Using the photoresist pattern as an etching mask, the oxide layer and the silicon nitride layer are etched to expose the conductive layer by a magnetically enhanced reactive ion etching (MERIE) method using a mixed gas of CHF 3 , CO, and O 2 as an etching gas. Forming a contact hole for forming a contact hole. 제1항에 있어서, 상기 혼합 가스중 O2의 유량은 상기 혼합 가스의 총 유량을 기준으로 3 ∼ 10 부피%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.The method of claim 1, wherein the flow rate of O 2 in the mixed gas is 3 to 10% by volume based on the total flow rate of the mixed gas. 제1항에 있어서, 상기 에칭 단계는 -10 ∼ 40℃의 온도 범위 내에서 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.The method of claim 1, wherein the etching step is performed within a temperature range of -10 to 40 ℃. 제1항에 있어서, 상기 도전층은 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.The method of claim 1, wherein the conductive layer is a gate electrode. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 게이트 전극은 도핑된 폴리실리콘막과 금속 실리사이드막이 적층된 폴리사이드 구조를 가지며,The gate electrode has a polyside structure in which a doped polysilicon layer and a metal silicide layer are stacked. 상기 에칭 단계에서는 상기 금속 실리사이드막을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.And forming a contact hole exposing the metal silicide layer in the etching step. 반도체 기판상의 논리 회로 영역, 주변 회로 영역 및 셀 어레이 영역에 각각 실리콘 질화막으로 완전히 덮인 복수의 게이트 전극과, 소스/드레인 영역을 형성하는 단계와,Forming a plurality of gate electrodes and source / drain regions completely covered with a silicon nitride film, respectively, in the logic circuit region, the peripheral circuit region, and the cell array region on the semiconductor substrate; 상기 논리 회로 영역의 소스/드레인 영역에 제1 금속 실리사이드막을 형성하는 단계와,Forming a first metal silicide film in a source / drain region of the logic circuit region; 상기 실리콘 질화막 및 제1 금속 실리사이드막을 덮도록 상기 결과물 전면에 층간절연막을 형성하는 단계와,Forming an interlayer insulating film over the entire surface of the product to cover the silicon nitride film and the first metal silicide film; 상기 층간절연막 위에 상기 층간절연막의 상면을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern on the interlayer insulating film to partially expose an upper surface of the interlayer insulating film; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여, CHF3, CO 및 O2의 혼합 가스를 식각 가스로 사용하는 MERIE 방법에 의하여 상기 층간절연막 및 실리콘 질화막을 식각하여, 상기 논리 회로 영역의 제1 금속 실리사이드막과, 상기 주변 회로 영역의 게이트 전극을 각각 노출시키는 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀을 형성하는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.The interlayer insulating film and the silicon nitride film are etched by the MERIE method using the photoresist pattern as an etch mask and a mixed gas of CHF 3 , CO, and O 2 as an etch gas to form a first metal silicide film in the logic circuit region. And forming a first contact hole and a second contact hole exposing the gate electrode of the peripheral circuit region, respectively. 제6항에 있어서, 상기 혼합 가스중 O2의 유량은 상기 혼합 가스의 총 유량을 기준으로 3 ∼ 10 부피%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.The method of claim 6, wherein the flow rate of O 2 in the mixed gas is 3 to 10% by volume based on the total flow rate of the mixed gas. 제6항에 있어서, 상기 에칭 단계는 -10 ∼ 40℃의 온도 범위 내에서 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.The method of claim 6, wherein the etching is performed in a temperature range of −10 to 40 ° C. 8. 제5항에 있어서, 상기 게이트 전극은 도핑된 폴리실리콘막과 제2 금속 실리사이드막이 적층된 폴리사이드 구조를 가지며,The method of claim 5, wherein the gate electrode has a polyside structure in which a doped polysilicon layer and a second metal silicide layer are stacked. 상기 에칭 단계에서 상기 제1 콘택홀은 상기 제2 금속 실리사이드막을 노출시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.And forming said first contact hole in said etching step to expose said second metal silicide layer. 제6항에 있어서, 상기 제1 금속 실리사이드막은 코발트 실리사이드막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법.7. The method of claim 6, wherein the first metal silicide layer is a cobalt silicide layer.
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