JPH11288925A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH11288925A
JPH11288925A JP10866398A JP10866398A JPH11288925A JP H11288925 A JPH11288925 A JP H11288925A JP 10866398 A JP10866398 A JP 10866398A JP 10866398 A JP10866398 A JP 10866398A JP H11288925 A JPH11288925 A JP H11288925A
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JP
Japan
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dry etching
metal silicide
silicide layer
layer
etching method
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JP10866398A
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Atsushi Kurose
淳 黒瀬
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UMC Japan Co Ltd
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Nippon Foundry Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent final shape failures at the time of the dry etching of a tungsten polycide gate pattern. SOLUTION: At the dry etching of a WSi film 4 using fluorine-based gas and bromine-based gas, the WSi film 4 is etched while a substrate 1 is cooled with He gas to form a pattern 4a of the WSi film 4 into an inverted tapered sectional shape. At the time of a process for removing a polymer 6 using ammonia and oxygenated water, the pattern 4a of the WSi film 4 is also etched to form a vertical flank.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスに用いられるドライエッチング方法に関し、特
に、多結晶(ポリ)シリコン層と金属シリサイド層の積
層構造膜である、所謂、ポリサイド膜のドライエッチン
グ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method used in a manufacturing process of a semiconductor device, and more particularly to a so-called polycide film having a multilayer structure of a polycrystalline (poly) silicon layer and a metal silicide layer. It relates to an etching method.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3及び図4に、ポリシリコン層の上に
金属シリサイド層、特に、タングステンシリサイド(W
Si)層を積層した構造のゲート電極配線形成時の従来
のドライエッチング方法を示す。
2. Description of the Related Art FIGS. 3 and 4 show a metal silicide layer, in particular, a tungsten silicide (W) layer on a polysilicon layer.
A conventional dry etching method at the time of forming a gate electrode wiring having a structure in which Si) layers are stacked will be described.

【0003】まず、図3(a)に示すように、シリコン
半導体基板1上にゲート酸化膜2を形成した後、その上
にポリシリコン層3及びWSi層4を順次形成する。そ
して、WSi層4の上に、ゲート電極配線のパターンに
フォトレジスト5を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, after a gate oxide film 2 is formed on a silicon semiconductor substrate 1, a polysilicon layer 3 and a WSi layer 4 are sequentially formed thereon. Then, a photoresist 5 is formed on the WSi layer 4 in a pattern of a gate electrode wiring.

【0004】次に、フォトレジスト5をエッチングマス
クとして用いて、WSi層4及びポリシリコン層3を順
次ドライエッチングするが、この時使用されるエッチン
グ装置には、通常、ウェハ(基板)をクランプによりホ
ールドした状態で、ウェハと下部電極との間に冷却用の
ヘリウム(He)ガスを流す機能が備わっている。ま
た、微細な電極パターンの垂直形状を確保する必要が有
るためと、下地の極薄酸化膜に対する高い選択比を確保
する必要が有るために、反応ガスとして、フッ素(F)
系のガスに臭素(Br)系のガスを混合したものが一般
に使用される。
Next, the WSi layer 4 and the polysilicon layer 3 are successively dry-etched using the photoresist 5 as an etching mask, and an etching apparatus used at this time usually includes a wafer (substrate) clamped by a clamp. A function of flowing a helium (He) gas for cooling between the wafer and the lower electrode in the held state is provided. Further, since it is necessary to secure the vertical shape of the fine electrode pattern and to secure a high selectivity to the underlying ultra-thin oxide film, fluorine (F) is used as a reactive gas.
A mixture of a bromine (Br) gas and a system gas is generally used.

【0005】そこで、まず、図3(b)に示すように、
WSi層4のエッチングステップを行うが、従来、この
ステップでは、WSi層4のパターン4aの側面垂直形
状を確保するために、Heガスによる冷却は行わない。
また、フォトレジスト5とWSi層4のパターン4aの
側面には、フォトレジスト5からの炭素(C)等と反応
ガスからのBrとが結合して出来たポリマーからなる側
壁保護膜6が形成され(例えば、特開平3−12782
6号公報参照。)、この側壁保護膜6により、WSi層
パターン4aの側面垂直形状がより高い精度で確保され
る。
Therefore, first, as shown in FIG.
Although the etching step of the WSi layer 4 is performed, conventionally, in this step, cooling by He gas is not performed in order to secure the side surface vertical shape of the pattern 4a of the WSi layer 4.
On the side surfaces of the photoresist 5 and the pattern 4a of the WSi layer 4, a sidewall protective film 6 made of a polymer formed by combining carbon (C) or the like from the photoresist 5 and Br from a reaction gas is formed. (For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-12782
See No. 6 publication. The sidewall protective film 6 ensures the vertical shape of the side surface of the WSi layer pattern 4a with higher accuracy.

【0006】次に、図3(c)に示すように、ポリシリ
コン層3のエッチングステップを行うが、このステップ
では、特に、WSi層パターン4aのオーバーエッチン
グを防止する目的で、基板(ウェハ)1をHeガスによ
り冷却しながら(符号8で示す。)エッチングを行う。
なお、3aは、ポリシリコン層3のエッチング後のパタ
ーンである。
Next, as shown in FIG. 3C, an etching step of the polysilicon layer 3 is performed. In this step, in particular, in order to prevent over-etching of the WSi layer pattern 4a, a substrate (wafer) is formed. Etching is performed while cooling 1 with He gas (indicated by reference numeral 8).
3a is a pattern after etching the polysilicon layer 3.

【0007】以上のドライエッチング工程終了後、不要
となったフォトレジスト5を除去するが、このフォトレ
ジスト5の除去のためには、通常、酸素(O2 )プラズ
マによるアッシング、及び、その後、硫酸と過酸化水素
水(硫酸過水)による洗浄が行われる。ところが、この
方法では、図4(a)に示すように、側壁保護膜である
ポリマー6が残ってしまう。ポリマー6は導電性を示す
ことが多く、残り方によって2本のワ−ドラインやビッ
トラインに渡って残った場合、微小な電流が流れる恐れ
がある。また、側壁にある場合でも、ゲ−トとソ−ス又
はドレインとの間で微小な電流が流れることになり、こ
のままでは電気的リークの原因となる。
After the above-described dry etching step is completed, the unnecessary photoresist 5 is removed. In order to remove the photoresist 5, usually, ashing by oxygen (O 2 ) plasma and then sulfuric acid are performed. Then, cleaning with hydrogen peroxide solution (sulfuric acid / hydrogen peroxide) is performed. However, in this method, as shown in FIG. 4A, the polymer 6 serving as the sidewall protective film remains. In many cases, the polymer 6 exhibits conductivity. If the polymer 6 remains over two word lines or bit lines depending on the remaining portion, a minute current may flow. In addition, even if it is on the side wall, a very small current flows between the gate and the source or drain, and if it is left as it is, it causes electrical leakage.

【0008】そこで、この硫酸過水による洗浄後、ポリ
マー6を除去するために、更に、別の薬液での処理が必
要となる。有効な薬液としては、フッ酸系のものか、或
いは、アンモニア水と過酸化水素水の混合薬液(アンモ
ニア過水)が挙げられるが、特に、本例のようなゲート
電極加工の場合、下地のゲート酸化膜が非常に薄いため
に、アンモニア過水を使用することになる。
Therefore, after the washing with sulfuric acid / hydrogen peroxide, another treatment with a chemical solution is required in order to remove the polymer 6. Examples of effective chemicals include hydrofluoric acid-based chemicals and mixed chemicals of ammonia water and hydrogen peroxide water (ammonia perhydrogen). Since the gate oxide film is very thin, ammonia peroxide is used.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、そのアンモ
ニア過水による処理を行うと、WSi層パターン4aも
アンモニア過水によりエッチングされてしまい、図4
(b)に示すように、WSi層パターン4aが、上に行
くほど幅狭の形状となって、CD(Critical Dimensio
n)ロス及び形状悪化を生じ、トランジスタ特性に悪影
響を及ぼすという問題が有った。
However, when the treatment with the ammonia-hydrogen mixture is performed, the WSi layer pattern 4a is also etched by the ammonia-hydrogen mixture.
As shown in (b), the WSi layer pattern 4a has a narrower shape as going upward, and the CD (Critical Dimensio
n) There is a problem that loss and shape deterioration occur, which adversely affects transistor characteristics.

【0010】そこで、本発明の目的は、ドライエッチン
グ時の側壁保護膜除去のためにアンモニア過水を用いた
場合でも、金属シリサイド層パターンのCDロス及び形
状悪化を生じないドライエッチング方法を提供すること
である。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a dry etching method which does not cause CD loss and shape deterioration of a metal silicide layer pattern even when ammonia peroxide is used for removing a sidewall protective film during dry etching. That is.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決すべ
く、本発明では、半導体基板上の下地絶縁膜の上に多結
晶シリコン層及びその上に金属シリサイド層を順次形成
する工程と、前記金属シリサイド層の上にレジスト膜を
所定パターンに形成する工程と、前記レジスト膜をエッ
チングマスクとして用いて、前記金属シリサイド層及び
前記多結晶シリコン層を順次ドライエッチングする工程
とを有するドライエッチング方法において、少なくとも
前記金属シリサイド層のドライエッチングを、前記半導
体基板を冷却しながら行う。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method of forming a polycrystalline silicon layer on a base insulating film on a semiconductor substrate and a metal silicide layer thereon, Forming a resist film in a predetermined pattern on the metal silicide layer; and using the resist film as an etching mask, sequentially dry-etching the metal silicide layer and the polycrystalline silicon layer. The dry etching of at least the metal silicide layer is performed while cooling the semiconductor substrate.

【0012】本発明の一態様では、前記金属シリサイド
層として、タングステンシリサイド層を形成する。
In one embodiment of the present invention, a tungsten silicide layer is formed as the metal silicide layer.

【0013】本発明の一態様では、前記金属シリサイド
層及び前記多結晶シリコン層のドライエッチングを、臭
素を含むガスにより行う。
In one embodiment of the present invention, the metal silicide layer and the polycrystalline silicon layer are dry-etched with a gas containing bromine.

【0014】本発明の一態様では、前記金属シリサイド
層のドライエッチングにより、前記金属シリサイド層
を、前記半導体基板から遠い程幅広になる逆テーパー状
断面に加工する。
In one embodiment of the present invention, the metal silicide layer is processed into an inversely tapered cross section which becomes wider as the distance from the semiconductor substrate increases by dry etching of the metal silicide layer.

【0015】本発明の一態様では、前記レジスト膜除去
後、アンモニア水と過酸化水素水による後処理を行う。
In one embodiment of the present invention, after the removal of the resist film, a post-treatment with aqueous ammonia and aqueous hydrogen peroxide is performed.

【0016】本発明の一態様では、前記後処理により、
前記金属シリサイド層を、前記半導体基板に対し実質的
に垂直な側面を有する断面形状に加工する。
In one embodiment of the present invention, the post-processing includes:
The metal silicide layer is processed into a cross-sectional shape having a side surface substantially perpendicular to the semiconductor substrate.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を好ましい実施の形
態に従い説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described according to preferred embodiments.

【0018】なお、以下に説明する実施の形態におい
て、上述した従来技術と対応する部位には、上述した従
来技術と同一の符号を付す。
In the embodiments described below, portions corresponding to the above-described conventional technology are denoted by the same reference numerals as those in the above-described conventional technology.

【0019】図1及び図2に、上述した従来技術と同様
のゲート電極配線を形成する場合の本発明の実施の形態
を示す。
FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the present invention in the case of forming a gate electrode wiring similar to the above-mentioned prior art.

【0020】まず、図1(a)に示すように、シリコン
半導体基板1上に、例えば、ドライ酸化法、塩酸(HC
l)酸化法等により、例えば、百数十Å程度の厚さのゲ
ート酸化膜2を形成する。次に、その上にポリシリコン
層3及びWSi層4を順次形成し、更に、WSi層4の
上に、ゲート電極配線のパターンにフォトレジスト5を
形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a dry oxidation method, hydrochloric acid (HC)
1) A gate oxide film 2 having a thickness of, for example, about one hundred and several tens of degrees is formed by an oxidation method or the like. Next, a polysilicon layer 3 and a WSi layer 4 are sequentially formed thereon, and a photoresist 5 is formed on the WSi layer 4 in a pattern of a gate electrode wiring.

【0021】次に、図1(b)に示すように、フォトレ
ジスト5をエッチングマスクとして用いて、まず、WS
i層4を、フッ素(F)系のガスに臭素(Br)系のガ
スを混合した反応ガスを用いて、平行平板型エッチャ−
によりドライエッチングするが、この時、従来技術とは
異なり、基板(ウェハ)1をHeガスにより冷却しなが
ら(符号7で示す。)エッチングを行う。この結果、図
示の如く、WSi層4のパターン4aは、上に行くほど
幅広の逆テーパー状断面で、多少CDゲインに加工され
る。
Next, as shown in FIG. 1B, using the photoresist 5 as an etching mask,
The i-layer 4 is made of a parallel plate type etcher by using a reaction gas obtained by mixing a bromine (Br) gas with a fluorine (F) gas.
At this time, unlike the prior art, the etching is performed while cooling the substrate (wafer) 1 with He gas (indicated by reference numeral 7). As a result, as shown in the figure, the pattern 4a of the WSi layer 4 is processed to have a somewhat CD gain with an inversely tapered cross section that is wider as going upward.

【0022】次に、図1(c)に示すように、ポリシリ
コン層3のドライエッチングを、やはり、基板(ウェ
ハ)1をHeガスにより冷却しながら(符号8で示
す。)行う。
Next, as shown in FIG. 1C, dry etching of the polysilicon layer 3 is performed while the substrate (wafer) 1 is cooled by He gas (indicated by reference numeral 8).

【0023】次に、図2(a)に示すように、不要とな
ったフォトレジスト5を、酸素(O2 )プラズマによる
アッシング、及び、その後の硫酸過水による洗浄により
除去する。この時、図示の如く、ドライエッチング時の
側壁保護膜であったポリマー6が残る。
Next, as shown in FIG. 2A, the unnecessary photoresist 5 is removed by ashing with oxygen (O 2 ) plasma and subsequent washing with sulfuric acid and hydrogen peroxide. At this time, as shown in the figure, the polymer 6 which was the side wall protective film at the time of dry etching remains.

【0024】そこで、次に、図2(b)に示すように、
アンモニア過水による後処理を行って、ポリマー6を除
去する。
Then, next, as shown in FIG.
The polymer 6 is removed by performing a post-treatment with ammonia peroxide.

【0025】この時、この実施の形態では、WSi層パ
ターン4aを予め逆テーパー状断面に形成してあったた
め、このアンモニア過水によるエッチングで、WSi層
パターン4aの側面が、シリコン半導体基板1の主面に
対し実質的に垂直に形成される。
At this time, in this embodiment, the WSi layer pattern 4a was previously formed in an inversely tapered cross section, so that the side surface of the WSi layer pattern 4a It is formed substantially perpendicular to the main surface.

【0026】このように、この実施の形態では、WSi
層4のドライエッチング時、得られるWSi層パターン
4aを意図的に逆テーパー状断面に形成し、その後のア
ンモニア過水によるエッチングで、WSi層パターン4
aの側面が、シリコン半導体基板1の主面に対し実質的
に垂直に形成されるようにする。従って、従来のような
CDロス及び形状悪化が生じず、トランジスタ特性への
悪影響が防止される。
As described above, in this embodiment, the WSi
At the time of dry etching of the layer 4, the obtained WSi layer pattern 4 a is intentionally formed in a reverse tapered cross section, and the WSi layer pattern 4
The side surface a is formed so as to be substantially perpendicular to the main surface of the silicon semiconductor substrate 1. Therefore, the conventional CD loss and shape deterioration do not occur, and the adverse effect on the transistor characteristics is prevented.

【0027】しかも、WSi層4のドライエッチング時
にHeガスによる冷却7を行うだけで、WSi層パター
ン4aの良好な逆テーパー状断面が得られるので、非常
に簡便である。
In addition, a good reverse tapered cross section of the WSi layer pattern 4a can be obtained only by performing cooling 7 using He gas during the dry etching of the WSi layer 4, which is very simple.

【0028】なお、この実施の形態では、ゲート電極配
線を形成する場合について説明したが、本発明は、ゲー
ト電極配線以外の各種配線形成時のドライエッチング方
法、更には、配線以外の各種ドライエッチング方法に適
用が可能である。
In this embodiment, the case where the gate electrode wiring is formed has been described. However, the present invention provides a dry etching method for forming various wirings other than the gate electrode wiring, and further, various dry etching methods other than the wiring. Applicable to the method.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明のドライエッチング方法によれ
ば、最終的に良好な形状を有するポリサイド構造を得る
ことができる。
According to the dry etching method of the present invention, a polycide structure having a good shape can be finally obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態によるドライエッチング方
法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a dry etching method according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の実施の形態によるドライエッチング方
法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a dry etching method according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】従来のドライエッチング方法を工程順に示す概
略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a conventional dry etching method in the order of steps.

【図4】従来のドライエッチング方法を工程順に示す概
略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a conventional dry etching method in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン半導体基板 2 ゲート酸化膜 3 ポリシリコン層 3a ポリシリコン層パターン 4 WSi層 4a WSi層パターン 5 フォトレジスト 6 側壁保護膜(ポリマー) 7,8 冷却 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon semiconductor substrate 2 Gate oxide film 3 Polysilicon layer 3a Polysilicon layer pattern 4 WSi layer 4a WSi layer pattern 5 Photoresist 6 Side wall protective film (polymer) 7,8 Cooling

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の下地絶縁膜の上に多結晶
シリコン層及びその上に金属シリサイド層を順次形成す
る工程と、前記金属シリサイド層の上にレジスト膜を所
定パターンに形成する工程と、前記レジスト膜をエッチ
ングマスクとして用いて、前記金属シリサイド層及び前
記多結晶シリコン層を順次ドライエッチングする工程と
を有するドライエッチング方法において、 少なくとも前記金属シリサイド層のドライエッチング
を、前記半導体基板を冷却しながら行うことを特徴とす
るドライエッチング方法。
A step of sequentially forming a polycrystalline silicon layer and a metal silicide layer thereon on a base insulating film on a semiconductor substrate; and a step of forming a resist film in a predetermined pattern on the metal silicide layer. Using the resist film as an etching mask to sequentially dry-etch the metal silicide layer and the polycrystalline silicon layer, wherein at least the dry etching of the metal silicide layer is performed by cooling the semiconductor substrate. A dry etching method characterized in that the method is performed while performing.
【請求項2】 前記金属シリサイド層として、タングス
テンシリサイド層を形成することを特徴とする請求項1
に記載のドライエッチング方法。
2. The method according to claim 1, wherein a tungsten silicide layer is formed as the metal silicide layer.
3. The dry etching method according to 1.
【請求項3】 前記金属シリサイド層及び前記多結晶シ
リコン層のドライエッチングを、臭素を含むガスにより
行うことを特徴とする請求項2に記載のドライエッチン
グ方法。
3. The dry etching method according to claim 2, wherein the dry etching of the metal silicide layer and the polycrystalline silicon layer is performed using a gas containing bromine.
【請求項4】 前記金属シリサイド層のドライエッチン
グにより、前記金属シリサイド層を、前記半導体基板か
ら遠い程幅広になる逆テーパー状断面に加工することを
特徴とする請求項3に記載のドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 3, wherein the metal silicide layer is processed into an inversely tapered cross section that becomes wider as the distance from the semiconductor substrate increases by dry etching the metal silicide layer. .
【請求項5】 前記レジスト膜除去後、アンモニア水と
過酸化水素水による後処理を行うことを特徴とする請求
項4に記載のドライエッチング方法。
5. The dry etching method according to claim 4, wherein after the removal of the resist film, a post-treatment with ammonia water and hydrogen peroxide solution is performed.
【請求項6】 前記後処理により、前記金属シリサイド
層を、前記半導体基板に対し実質的に垂直な側面を有す
る断面形状に加工することを特徴とする請求項5に記載
のドライエッチング方法。
6. The dry etching method according to claim 5, wherein the metal silicide layer is processed into a cross-sectional shape having a side surface substantially perpendicular to the semiconductor substrate by the post-processing.
JP10866398A 1998-04-03 1998-04-03 Dry etching method Pending JPH11288925A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104217999B (en) * 2013-05-30 2016-12-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 The manufacture method of cmos device

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