KR930008841B1

KR930008841B1 - Contact hole forming method

Info

Publication number: KR930008841B1
Application number: KR1019900014262A
Authority: KR
Inventors: 이춘수; 전영진
Original assignee: 재단법인 한국전자통신연구소; 경상현
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1990-09-10
Publication date: 1993-09-16
Also published as: KR920007067A

Abstract

The method for reducing the aspect ratio of contact hole form, solves problems of metal step coverage in depositing metal. The method for forming a contact hole on oxidized film (2) deposited on silicon substrate (1), comprises the steps of: forming contact hole pattern (3a) on photosensitive film (3) by a photo mask process; dry-etching primary contact hole (2a) with a certain depth (h1) on the film (2) by freon gas plasma; dry-etching the film (3) with a certain width (W) by oxygen gas plasma; dry-etching secondary contact hole (2b) with a certain depth (h2) by freon gas plasma; over-etching the film (2) by freon gas plasma with high C/F ratio after dry-etching the film (2) by freon gas plasma and widening the film (3) by oxygen gas plasma; removing the film (3) on the oxidized film (2) by H2SO4/H2O2 solution.

Description

Method of forming contact hole during semiconductor manufacturing

제 1 도는 종래의 반도체 제조공정중 콘택트홀을 형성하는 과정을 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing a process of forming contact holes in a conventional semiconductor manufacturing process.

제 2 도는 본 발명의 콘택트홀 형성과정을 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing a process for forming a contact hole of the present invention.

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

1 : 실리콘 기판 2 : 산화막1: silicon substrate 2: oxide film

3 : 감광막 2a, 2b, 2c, 2d : 콘택트홀3: photosensitive film 2a, 2b, 2c, 2d: contact hole

본 발명은 반도체 제조중 콘택트홀(contact-hole) 형성방법에 관한 것으로, 특히 콘택트홀 형상의 애스팩트 래티오(aspect ratio)를 감소시켜 다음의 메탈증착시 메탈 스텝 커버리지(metal step coverage) 문제를 해결하도록 한 반도체 제조공정중 콘택트홀의 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a contact hole during semiconductor manufacturing, and in particular, reduces the aspect ratio of the contact hole shape to solve the problem of metal step coverage during the subsequent metal deposition. The present invention relates to a method for forming a contact hole during a semiconductor manufacturing process.

일반적으로 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따른 필연적인 결과인 콘택트홀 크기의 감소는 상대적으로 콘택트홀에 대한 애스팩트 래티오{깊이(depth)/폭(width)}를 증가시키는 결과를 가져오게 되고, 이는 다음의 메탈증착공정에 적지않은 어려움을 주게 된다는 것은 이미 알려진 사실이다.In general, the decrease in contact hole size, which is a consequent result of the increase in the degree of integration of semiconductor devices, results in a relatively increased aspect ratio (depth / width) for contact holes. It is already known that this will cause a considerable difficulty in the following metal deposition process.

그러므로 종래에는 메탈스텝 커버리지 문제를 해결하기 위하여 콘택트홀 형상의 애스팩트 래티오를 감소시키기 위하여 감광막(Photo resist) 이로우젼(erosion)에 의한 산화막 경사에치(Slope etch) 방식을 이용하였으며 이는 프레온(Freon)계 가스(예를들면 CHF₃, C₂F₆, CH, …)에 산소 가스를 첨가한 혼합가스계를 사용하여 산화막에 대한 감광막의 식각 선택비를 낮추어줌으로써 감광막의 측면 기울기를 산화막에 전사시키는 건식식각 기술을 이용하였다.Therefore, in order to solve the metal step coverage problem, an oxide film slope etch method using a photoresist erosion is used to reduce the contact hole shape aspect ratio. Freon) gas (eg, CHF ₃ , C ₂ F ₆ , CH,…) is used to reduce the etch selectivity of the photoresist film to the oxide film by using a mixed gas system in which oxygen gas is added to the oxide film. Dry etching techniques were used.

이를 제 1 도에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail with reference to FIG. 1 as follows.

실리콘 기판(11)의 상면에 산화막(12)을 절연층으로 사용하도록 형성하고 그위에 감광막(13)을 입힌 다음에 포토레지스트 공정을 사용하여 콘택트홀 패턴(contact-hole pattern)(13a)을 형성한 상태가 제 1a 도에 도시한 것과 같다.An oxide film 12 is formed on the upper surface of the silicon substrate 11 to be used as an insulating layer, a photoresist film 13 is coated thereon, and then a contact-hole pattern 13a is formed using a photoresist process. One state is as shown in FIG. 1A.

그리고 제 1b 도에 도시한 것과 같이 오픈(Oven)에서 섭씨 130∼160도 정도의 열처리하여 상기 콘택트홀 패턴(13a)의 측면 기울기(α)를 조절하고, 상기의 측면 기울기(α)가 완만해지면 콘택트홀 패턴(13a)의 폭이 폭(t1)만큼 좁아지게 된다.As shown in FIG. 1B, when the heat treatment is performed at an open temperature of about 130 to 160 degrees Celsius, the side slope α of the contact hole pattern 13a is adjusted, and the side slope α becomes smooth. The width of the contact hole pattern 13a is narrowed by the width t1.

다음에 프레온계 가스에 산소 가스를 첨가한 혼합가스계의 플라즈마를 이용하여 상기 감광막(13) 아래의 산화막(12)을 건식식각하면서 상기 산화막(12)과 감광막(13)의 식각 선택비를 조절하면 제 1c 도에 도시한 것과 같이 감광막(13)의 측면 기울기(α)를 산화막(12)의 측면기울기(β)로 전사시킬 수 있다.Next, the etching selectivity of the oxide film 12 and the photosensitive film 13 is adjusted while dry etching the oxide film 12 under the photosensitive film 13 using a mixed gas plasma in which oxygen gas is added to the freon gas. As shown in FIG. 1C, the side slope α of the photosensitive film 13 can be transferred to the side slope β of the oxide film 12.

그리고 상기 산화막(12)을 적당량 오우버 에치(over etch)하게 되면 제 1d 도에 도시한 것과 같이 산화막(12)의 측면 기울기(β)가 변하게 되고, 이를 이용하여 실리콘 기판(11)에 콘택트홀(11a)을 형성함으로써 콘택트홀(11a)의 기울기폭(t2)이 발생하게 된다.When the oxide film 12 is overetched in an appropriate amount, the lateral inclination β of the oxide film 12 is changed as shown in FIG. 1D, and the contact hole is formed in the silicon substrate 11 by using this. By forming 11a, the inclination width t2 of the contact hole 11a is generated.

그러나 상기와 같은 종래의 콘택트홀 형성방법에 의하여서는 감광막(13)의 측면 기울기(α)를 조절하는데 어려움이 많으며, 산화막(12)을 오우버 에치할때 그 정도에 따라 콘택트홀(11a)의 크기가 변화되고, 또한 혼합가스계에서 산화막(12)에 대한 감광막(13)의 식각 선택비가 낮으므로 오우버 에치의 양을 조절하기에 어려움이 많은등의 문제점이 있었다.However, according to the conventional method of forming a contact hole as described above, it is difficult to adjust the side slope α of the photoresist film 13, and when the oxide film 12 is over-etched, the contact hole 11a may be formed according to the degree thereof. Since the size is changed and the etching selectivity of the photosensitive film 13 to the oxide film 12 is low in the mixed gas system, there is a problem that it is difficult to control the amount of the overetch.

이에따라 본 발명은 콘택트홀을 형성할때 실리콘 기판의 손실을 최소화 하면서 메탈 증착시 스텝 커버리지를 개선 하도록 한 반도체 공정중 콘택트홀의 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a contact hole in a semiconductor process to improve step coverage during metal deposition while minimizing loss of a silicon substrate when forming a contact hole.

이를 위하여 본 발명은 프레온계 가스 플라즈마에 의한 산화막 건식식각과 산소 가스 플라즈마에 의한 감광막 건식식각 공정을 반복하여 사용함으로써, 콘택트홀의 애스팩트 래티오의 조절을 용이하게 하면서 다음의 메탈 증착시에 스텝 커버리지를 개선할 수 있도록 하고, 산소 가스 플라즈마에서는 실리콘 기판이나 산화막에 대한 식각 선택비가 매우 크면서 프레온계 가스 플라즈마에서 산화막을 건식식각할때는 실리콘 기판과의 식각 선택비 조절이 용이하므로 실리콘 기판의 손실을 최소화한 것이다.To this end, the present invention repeatedly uses the oxide film dry etching by the freon gas plasma and the photoresist dry etching process by the oxygen gas plasma, thereby facilitating the adjustment of the aspect ratio of the contact hole, and thus the step coverage during the next metal deposition. In the oxygen gas plasma, the etching selectivity with respect to the silicon substrate or the oxide film is very large, and the etching selectivity with the silicon substrate is easily controlled when dry etching the oxide film in the freon gas plasma, thereby minimizing the loss of the silicon substrate. It is.

본 발명을 첨부도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.Referring to the present invention in detail based on the accompanying drawings as follows.

제 2a 도는 콘택트홀 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 것으로, 실리콘 기판(1)의 상면에 절연층으로 산화막(2)을 증착하고, 그위에 감광막(3)을 입힌 다음에 포토마스크 공정을 이용하여 콘택트홀 패턴(3a)을 형성한 상태를 도시한 것이다.FIG. 2A illustrates a process of forming a contact hole pattern, in which an oxide film 2 is deposited on an upper surface of a silicon substrate 1 with an insulating layer, a photoresist film 3 is coated thereon, and then contacted using a photomask process. The state which formed the hole pattern 3a is shown.

제 2b 도는 산화막에 1차 콘택트홀을 식각하는 과정을 나타낸 것으로, CHF₃, C₂F₆등과 같은 프레온계 가스 플라즈마를 사용하여 상기 콘택트홀 패턴(3a) 부위의 산화막(2)을 적당한 식각 깊이(h1)만큼 1차 콘택트홀(2a)을 건식식각한 상태를 도시한 것이다.2b illustrates a process of etching a primary contact hole in an oxide film, and using an Freon-based gas plasma such as CHF ₃ , C ₂ F _6, etc., to etch the oxide film 2 in the contact hole pattern 3a at an appropriate etching depth. The state in which the primary contact hole 2a is dry etched by (h1) is shown.

여기서 적당한 식각높이(h1)는 절연층인 산화막(2)의 두께, 오우버 에치의 정도 그리고 형성하고자 하는 콘택트홀의 모양 등을 고려하여 결정한다.The appropriate etch height h1 is determined in consideration of the thickness of the oxide film 2 as the insulating layer, the degree of overetching, and the shape of the contact hole to be formed.

제 2c 도는 감광막을 넓게 식각하는 과정을 나타낸 것으로, 산소 가스 플라즈마를 사용하여 측면의 식각 속도를 고려한 원하는 넓이(W)만큼 감광막(3)을 건식식각한 상태를 도시한 것이다.FIG. 2C illustrates a process of widely etching the photoresist film, and illustrates a state in which the photoresist film 3 is dry-etched by a desired width W in consideration of the etching speed of the side surface by using an oxygen gas plasma.

여기서 감광막(3)은 모델명이 QUAD 484 DRY ETCHER인 식각장비를 사용하여 가스흐름 비율(gas flow rate)이 O₂, 50sccm이고, 고주파 전력(RF-power)이 200Watt이고, 압력(Pressure)이 400mtorr이고, 전극의 갭크기(Electrode gap size)가 1인치이며, 식각방식이 반응성 이온식각(reactive ion etch)인 식각조건에서 식각속도가 300 0A/min이고, 측면 식각속도가 900A/min이며, 식각비등방성{(식각속도-측면식각속도)/식각속도}인 0.7인 식각특성을 사용할 수 있다.Here, the photoresist film 3 uses an etching apparatus of model name QUAD 484 DRY ETCHER, and the gas flow rate is O ₂ , 50 sccm, the RF-power is 200 Watt, and the pressure is 400 mtorr. Etching speed is 300 0A / min, side etching speed is 900A / min in etching conditions where the electrode gap size is 1 inch, and the etching method is reactive ion etching. An etching characteristic of 0.7, which is anisotropic {(etching speed-side etching speed) / etching speed}, can be used.

그리고 식각조건을 가변적으로 변화시킴에 따라 식각특성을 적절히 조절하면서 공정에 적용할 수 있는 것이다.As the etching conditions are variably changed, the etching characteristics may be appropriately adjusted and applied to the process.

제 2d 도는 산화막에 2차 콘택트홀을 식각하는 과정을 나타낸 것으로, 원하는 넓이(W)만큼 더 식각한 감광막(3)의 콘택트홀(3a)을 마스크로 하여 CHF₃, C₂F₆등과 같은 프레온계 가스 플라즈마를 사용하여 1차 콘택트홀이 식각된 산화막(2)에 2차 콘택트홀(2b)을 적당한 식각깊이(h2)만큼 더 건식식각한 상태를 도시한 것이다.2d illustrates a process of etching a secondary contact hole on an oxide film, using a contact hole 3a of the photoresist film 3 etched by a desired width W as a mask, such as CHF ₃ or C ₂ F ₆ . The secondary contact hole 2b is further etched by an appropriate etching depth h2 in the oxide film 2 in which the primary contact hole is etched using the system gas plasma.

이때 1차 및 2차 콘택트홀(2a), (2b)의 계단면 모서리(4)는 플라즈마에서 스캐터링(Scattering)되는 이온들에 의해서 비교적 완만하게 형성된다.At this time, the stepped edges 4 of the primary and secondary contact holes 2a and 2b are formed relatively smoothly by the ions scattered in the plasma.

제 2e 도는 산소 가스 플라즈마를 사용하여 적당히 넓혀진 감광막(3)을 마스크로하여 2차 콘택트홀이 식각된 산화막(2)을 프레온계 가스 플라즈마를 사용하여 적당 깊이로 건식식각하고, 오우버 에치시 탄소(Carbon)/불소(Fluorine)비가 높은 프레온계 가스 플라즈마를 사용하여 산화막(2)을 건식식각함으로써 실리콘 기판(1)에 대한 식각 선택비를 높여 실리콘 기판(1)의 손실을 최소화 하면서 콘택트홀(2c)을 완전히 식각한 상태를 도시한 것이다.2e or dry etching the oxide film 2 having the secondary contact hole etched to an appropriate depth using a freon-based gas plasma, using the photosensitive film 3 which is suitably expanded using an oxygen gas plasma, and using an over-etched carbon Dry etching the oxide film 2 using a high carbon / fluorine ratio freon gas plasma to increase the etch selectivity of the silicon substrate 1, thereby minimizing the loss of the silicon substrate 1, 2c) shows the state of complete etching.

그리고 상기와 같이 감광막(3)의 폭식각과 산화막(2)의 깊이식각의 횟수와 시간을 조절하게 되면 콘택트홀의 계단면 모양과 숫자를 원하는 대로 조정할 수 있다.As described above, when the number and time of the width etching of the photosensitive film 3 and the depth etching of the oxide film 2 are adjusted, the shape and number of the stepped surface of the contact hole can be adjusted as desired.

제 2f 도는 콘택트홀을 완성하는 과정을 나타낸 것으로, 콘택트홀(2c)이 완전히 식각된 상태에서 감광막(3)을 O₂플라즈마 애슁(ashing)이나 H₂SO₄/H₂O₂용액을 사용하여 제거하면서 콘택트홀(2c)을 완성한 상태를 도시한 것이다.FIG. 2F illustrates a process of completing the contact hole, using the O ₂ plasma ashing or H ₂ SO ₄ / H ₂ O ₂ solution for the photoresist 3 with the contact hole 2c completely etched. The state which completed the contact hole 2c while removing is shown.

제 2g 도는 실리콘 기판(1) 위의 절연층인 산화막(5)을 BPSG 또는 PSG와 같은 재질을 사용하면 섭씨 1000°정도의 고온에서 열처리하여 리플로우잉(reflowing)시킴으로써 콘택트홀(2d)의 계단면의 모서리(6)를 더욱 완만하게 조절할 수 있는 것이다.2g or step of the contact hole 2d by reflowing the heat-treated oxide film 5, which is an insulating layer on the silicon substrate 1, using a material such as BPSG or PSG at a high temperature of about 1000 ° C The edge 6 of the face can be adjusted more gently.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 콘택트홀 형성방법에 의하여서는 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따른 콘택트홀의 애스팩트 래티오(aspect ratio) 또는 경사를 쉽게 조절할 수 있으므로 다음의 메탈층을 증착할때 원활한 공정이 이루어지도록 한 것임을 알 수 있다.As described above, in the contact hole forming method of the present invention, the aspect ratio or the inclination of the contact hole can be easily adjusted according to the increase in the degree of integration of semiconductor devices. It can be seen that this is done.

Claims

In the method for forming a contact hole in the oxide film 2 which is an insulating layer deposited on the upper surface of the silicon substrate 1, the contact hole pattern 3a is applied to the photosensitive film 3 coated on the upper surface of the oxide film 2 by a photomask process. ) And dry etching the primary contact hole (2a) using a freon-based gas plasma with an oxide film (2) by a suitable depth (h1) using the mask as a mask, and the desired width (W) of the photosensitive film (3). Dry etching using the oxygen gas plasma as a mask and dry etching the secondary contact hole 2b by an appropriate depth h2 using the oxide film 2 using a freon-based gas plasma. Widen the photosensitive film 3 by using a mask as a mask and dry etch the oxide film 2 to a depth using a freon gas plasma, and then oxidize the oxide film 2 by using a high carbon / fluorine ratio freon gas plasma. Bur etch And removing the photoresist film (3) on the upper surface by using a H ₂ SO ₄ / H ₂ O ₂ solution.

The method according to claim 1, wherein the shape of the step surface is adjusted while adjusting the number and time of the step of broadly etching the photoresist film 3 using an oxygen gas plasma and a step of dry etching the oxide film to a depth using a freon-based gas plasma. A method of forming a contact hole during semiconductor manufacturing to adjust the number as desired.

The method of claim 1, wherein the oxide film 5 is used as a material such as BPSG or PSG and heat-treated at a high temperature of about 1000 degrees to adjust the edge 6 of the stepped surface of the contact hole 2d more smoothly. Method of forming contact holes during semiconductor manufacturing.