KR960015566B1 - Contact hole forming method - Google Patents

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natural oxide
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김춘환
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현대전자산업 주식회사
김주용
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Abstract

depositing an oxide film(1) on a junction layer(3) to insulate the junction layer(3), and depositing a first protective film(2) protecting the oxide film(1) from over-etching; forming a natural oxide film(4) by etching the first protective film(2) and the insulator(1) on top of the junction layer(3) to form a contact or a via hole; forming a second protective film spacer(5') by blanket etching of a second protective film(5); and etching the natural oxide film(4) exposed by forming the second protecting film spacer(5').

Description

자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법Contact hole formation method of semiconductor device with easy removal of natural oxide film

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택홀 크리닝 공정 단면도,1 is a cross-sectional view of a contact hole cleaning process according to an embodiment of the present invention;

제2도는 본 발명에 따른 크리닝 후 선택텅스텐 증착에 의한 콘택 플러그 형성도.2 is a contact plug formation by selective tungsten deposition after cleaning according to the present invention.

본 발명은 콘택홀 또는 비아홀 형성시 발생하는 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법에 관한 것이다. 일반적으로, 반도체 소자의 콘택홀내부를 완전히 메우기 위해서 텅스텐 화학기상증착법에 의한 플러그(plug)형성 기술을 많이 사용하고 있는데. 텅스텐 화학기상증착법은 증착기구 및 증착방법에 따라 전면텅스텐 증착법(blanket-W)과 선택텅스텐 증착법(selective-W)으로 분류될 수 있다. 선택텅스텐 증착법은 기판의 선택된 지역, 즉 콘택홀에만 텅스텐을 증착시키는 방법으로 접합층과 후식각 공정이 필요없이 공정이 단순하다는 장점이 있으나 기판을 이루는 재료의 종류, 기판표면의 오염정도 등의 기판조건에 매우 민감한 영향을 받기 때문에 선택증착특성, 콘택저항등 공정특성의 유지 및 조절이 어렵다는 단점이 있다.The present invention relates to a method for forming a contact hole of a semiconductor device, which facilitates removal of a native oxide film generated when forming a contact hole or via hole. In general, a plug forming technique using tungsten chemical vapor deposition is widely used to completely fill a contact hole in a semiconductor device. Tungsten chemical vapor deposition can be classified into a blanket tungsten deposition method (blanket-W) and a selective tungsten deposition method (selective-W) according to a deposition apparatus and a deposition method. Selective tungsten deposition is a method of depositing tungsten only in a selected area of a substrate, that is, a contact hole, and has the advantage that the process is simple without the need for a bonding layer and a post-etching process. Because it is very sensitive to the conditions, it is difficult to maintain and control process characteristics such as selective deposition and contact resistance.

그런데, 콘택홀 형성후 홀의 기저부에는 자연산화막 및 이물질이 많이 존재하게 되고 이는 선택텅스텐 증착을 방해한다. 따라서, 균일하고 안정된 선택텅스텐 증착을 위해서는 콘택기저부에 존재하는 이러한 자연산화막 및 이물질을 완전하게 제거해야 한다.However, after the contact hole is formed, there are many natural oxide films and foreign substances at the base of the hole, which prevents selective tungsten deposition. Therefore, in order to achieve uniform and stable selective tungsten deposition, it is necessary to completely remove these native oxide films and foreign substances present in the contact base.

종래의 자연산화막 및 이물질을 제거하기 위한 방법에는 선택텅스텐 증착전에 BOE(buffered oxide etchant) 딥(dip) 또는 NF3플라즈마 등으로 프리크리닝(pre-cleaning)하는 방법이다.Conventional methods for removing the natural oxide film and foreign matter is a method of pre-cleaning with a buffered oxide etchant (BOE) dip or NF 3 plasma prior to selective tungsten deposition.

그러나, 상기 종래 방법중 BOE에 딥(Dip)하는 경우는 콘택홀 기저부까지의 캐미컬 용액에 의한 침투와 크리닝의 불완전성의 문제점이 따르고, NF3플라즈마에 의한 프리크리닝시에는 플라즈마에 의한 콘택기저부의 손상(damage) 발생, 폴리머형성, 콘택홀 기저부의 실리콘 소모 등이 발생하게 되고, 이러한 NF3플라즈마에 의한 실리콘 소모는 선택텅스텐 증착시 아래반응 즉,However, in the case of dip (Dip) in BOE of the conventional method is of a contact base by, the plasma during the pre-cleaning following the imperfection problem of penetration and cleaning, due to the NF 3 plasma by Cami curl solution to the contact hole bottom portion Damage, polymer formation, and silicon consumption at the bottom of the contact hole are generated, and the silicon consumption by NF 3 plasma is lowered during selective tungsten deposition.

2WF6(g)+3Si(s)→2W(s)+3SiF4(g)2WF 6 (g) + 3Si (s) → 2W (s) + 3SiF 4 (g)

와 같은 WF6에 의한 실리콘 소모와 합쳐져서 500 내지 1000Å의 접합층의 소모를 야기하게 되어 선택텅스텐 공정상의 문제점이 따랐다.Combined with the silicon consumption by WF 6 , such as to cause the consumption of the bonding layer of 500 to 1000 Å, followed by problems in the selective tungsten process.

종래 다른 방법은 자연산화막 제거시 실리콘 소모를 최소화하기 위하여 HF증기(vapor)를 이용하여 프리크리닝하는 방법이다.Another conventional method is to preclean using HF vapor to minimize silicon consumption when removing the native oxide film.

그러나, HF증기를 사용하여 프리크리닝하는 경우 자연산화막 뿐 아니라 절연층인 IPO막(BPSG, TEOS)을 동시에 식각하기 때문에 많은 문제점을 발생시킨다.However, when pre-cleaning using HF steam, not only a natural oxide film but also an IPO film (BPSG, TEOS), which is an insulating layer, is simultaneously etched, causing many problems.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 안정화된 선택텅스텐 증착을 구현하기 위한 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the above problems is to provide a method for forming a contact hole of a semiconductor device is easy to remove the natural oxide film for implementing a stabilized selective tungsten deposition.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 콘택홀 또는 비아(via)홀 기저부에서 발생되는 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법에 있어서, 콘택을 이루게 되는 접합층상에 상기 접합층을 절연하는 산화막과 상기 산화막의 과도 식각을 보호하는 제1보호막을 증착하는 제1단계, 콘택 또는 비아홀 형성을 위하여 상기 접합층 상부의 제1보호막과 절연막을 차례로 선택 식각함으로써 자연산화막이 형성되는 제2단계, 전체구조 상부에 제2보호막을 증착한 후 블랭킷 식각공정에 의해 제2보호막 스페이서를 형성하는 제3단계, 상기 제2보호막 스페이서 형성으로 인하여 노출된 상기 자연산화막을 선택적으로 식각하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a contact hole of a semiconductor device which can easily remove a natural oxide film generated at a base of a contact hole or a via hole. A first step of depositing an oxide film and a first passivation layer that protects the excessive etching of the oxide layer, a second step of forming a natural oxide film by selectively etching the first passivation layer and the insulating layer on the junction layer in order to form a contact or via hole, A third step of forming a second passivation layer spacer by a blanket etching process after depositing a second passivation layer on the entire structure, and a fourth step of selectively etching the natural oxide layer exposed by the formation of the second passivation layer spacer. Characterized in that.

이하, 첨부된 도면 제1도 및 제2도를 참조하여 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 콘택홀 크리닝 공정을, 제2도는 본 발명에 따른 크리닝 후 텅스텐을 선택증착한 상태를 나타내는 도면으로서, 도면에서 3은 접합층을 나타낸다.FIG. 1 is a contact hole cleaning process according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a state in which tungsten is selectively deposited after cleaning according to the present invention, and FIG. 3 is a bonding layer.

우선, 콘택홀을 형성하기 전에 산화막(1)상에 제1도(a)에 도시된 바와 같이 제1질화막을 증착하여 제1보호막(2)을 형성한다.First, before forming the contact hole, a first nitride film is deposited on the oxide film 1 as shown in FIG. 1A to form a first passivation film 2.

다음에, 상기 제1보호막(2)과 산화막(1)을 차례로 선택식각하여 콘택홀을 형성한다. 이때, 콘택홀 기저부의 노출된 실리콘 기판에는 자연산화막(4)이 형성된다.Next, the first protective film 2 and the oxide film 1 are selectively etched to form contact holes. At this time, the native oxide film 4 is formed on the exposed silicon substrate at the bottom of the contact hole.

다음에, 제1도(b)와 같이 제2질화막을 전체구조 상부에 증착하여 제2보호막(5)을 형성한 후, 제1도(c)에서 블랭킷 식각 공정에 의해 상기 자연산화막(4)과 상기 제1보호막(1)상의 제2보호막을 제거하여 상기 산화막(1) 및 상기 제1보호막(2) 측벽에 제2보호막 스페이서(5')를 형성하여 자연산화막(4)이 잔존하는 콘택홀의 기저부를 제외한 상기 산화막(1)의 모든 부분이 상기 제1보호막과 상기 제2보호막 스페이서(5')로 보호(Capping)받게 된다.Next, as shown in FIG. 1 (b), the second nitride film is deposited on the entire structure to form the second protective film 5, and then the natural oxide film 4 is formed by the blanket etching process in FIG. And a second passivation layer on the first passivation layer 1 are removed to form a second passivation layer spacer 5 'on the sidewalls of the oxide layer 1 and the first passivation layer 2 so that the natural oxide layer 4 remains. All portions of the oxide film 1 except for the base of the hole are capped by the first passivation layer and the second passivation layer spacer 5 '.

이러한 상태에서 제1도(d)와 같이 보호막을 이루는 질화막과 자연산화막간의 식각률차를 갖는 불화수소증기를 사용하여 크리닝 공정을 실시하면, 보호막에 의해 보호되지 않은 콘택홀 기저부의 자연산화막이 불화수소 증기와 반응하게 된다. 반응식은 다음과 같다.In this state, when the cleaning process is performed using hydrogen fluoride vapor having an etching rate difference between the nitride film forming the protective film and the natural oxide film as shown in FIG. 1 (d), the natural oxide film at the base of the contact hole not protected by the protective film is hydrogen fluoride. Will react with the steam. The scheme is as follows.

HF(g)+SiO2(s)→SiF4(g)+H2O(g)HF (g) + SiO 2 (s) → SiF 4 (g) + H 2 O (g)

따라서, 보호막과 산화막간의 불화수소증기에 의한 식각속도 차이에 의해 절연층인 IPO막의 손상없이 콘택홀 기저부의 자연산화막을 제거할 수 있으며, NF3플라즈마에 의한 크리닝시 발생하게 되는 실리콘 소모가 억제된다.Therefore, due to the difference in etching rate due to hydrogen fluoride vapor between the protective film and the oxide film, the natural oxide film at the base of the contact hole can be removed without damaging the IPO film, which is an insulating layer, and the silicon consumption generated during cleaning by NF 3 plasma is suppressed. .

상기와 같이 자연산화막을 제거한 후 텅스텐 플러그(plug) (6)을 선택증착하면 제2도에 도시된 바와 같다.After removal of the natural oxide film as described above, selective deposition of the tungsten plug 6 is as shown in FIG.

또한, 상기 본 발명은 상기 일실시예에 국한되지 않고 일반적인 콘택홀 및 비아홀을 통한 금속 콘택등 반도체 소자의 제조 공정에 일반적을 사용할 수 있다.In addition, the present invention is not limited to the above embodiment and can be generally used in the manufacturing process of semiconductor devices such as metal contacts through general contact holes and via holes.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 콘택홀 기저부의 자연산화막 제거 및 자연산화막 성장억제가 가능해 안정화된 선택텅스텐 증착의 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention made as described above it is possible to remove the natural oxide film and the natural oxide film growth inhibition of the base of the contact hole can obtain the effect of the stabilized selective tungsten deposition.

Claims (3)

콘택홀 또는 비아(via)홀 기저부에서 발생되는 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법에 있어서, 콘택을 이루게 되는 접합층상에 상기 접합층을 절연하는 산화막과 상기 산화막의 과도 식각을 보호하는 제1보호막을 증착하는 제1단계, 콘택 또는 비아홀 형성을 위하여 상기 접합층 상부의 제1보호막과 절연막을 차례로 선택 식각함으로써 자연산화막이 형성되는 제2단계, 전체구조 상부에 제2보호막을 증착한 후 블랭킷 식각공정에 의해 제2보호막 스페이서를 형성하는 제3단계, 상기 제2보호막 스페이서 형성으로 인하여 노출된 상기 자연산화막을 선택적으로 식각하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법.In the method of forming a contact hole of a semiconductor device, which is easy to remove the natural oxide film generated at the base of the contact hole or via hole, the over-etching of the oxide film and the oxide film which insulates the junction layer on the junction layer forming a contact is protected. A first step of depositing a first passivation layer, a second step of forming a natural oxide film by sequentially etching the first passivation layer and the insulating layer on the junction layer in order to form a contact or via hole, and depositing a second passivation layer on the entire structure And then, forming a second protective film spacer by a blanket etching process, and removing the natural oxide film by a fourth step of selectively etching the natural oxide film exposed due to the formation of the second protective film spacer. A method for forming a contact hole in a semiconductor device that is easy. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2보호막은 질화막임을 특징으로 하는 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the first and second passivation layers are nitride layers. 제1항에 있어서, 상기 제2보호막 스페이서 형성을 위한 블랭킷 식각시 노출된 자연산화막의 선택식각은 불화수소 증기를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 자연산화막 제거가 용이한 반도체 소자의 콘택홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the selective etching of the exposed natural oxide layer during the etching of the blanket for forming the second passivation layer spacer is performed using hydrogen fluoride vapor. .
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