KR100242434B1 - 반도체 장치의 콘택 형성방법 - Google Patents

Abstract

반도체 제조방법에 있어서, 현재까지 개발된 콘택 형성방법은 등방성 식각 및 이방성 식각을 각각 한번씩 사용하여 콘택의 모양을 형성하는 것으로써 이러한 서브미크론 멀티레벨 인터커넥션(Submicron Multilevel Interconnection)기술에서 가장 문제가 되는 것은 종횡비에 따른 배선형성과 콘택 안내에서의 샤프 에지부(Sharp Edge)에 따른 금속 필링(Metal Filling)및 배선간 단략이 일어나는 것이다.

이에 대해 본 발명은 콘택형성시 등방성 식각과 이방성 식각을 병행한 다단계 식각 방법, 예컨데 등방성, 등방성, 이방성, 식각순으로 절연막(Film Layer)을 식각 함으로써 종래의 콘택모양과는 다른 경사가 완만한 콘택을 형성하게 되는데 상기 콘택은 종횡비(Aspect-Ratio)가 크게 개선되어 단차피복성이 좋아지게 되며, 배선단략을 막을 수 있어 제품의 성능 및 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 콘택의 샤프 에지부를 제거함으로써 금속라인(Metal Line)의 필링(Filling)을 더욱 개선시킬 수 있으며, 금속의 비트-라인 확보를 크게할 수 있게 된다.

Description

반도체 장치의 콘택 형성방법

제1(a)도 내지 제1(e)도는 종래기술에 따른 콘택형성의 배선을 나타낸 단면도,

제2(a)도 내지 제2(f)도는 본 발명의 제1실시예에 따른 콘택형성의 배선을 나타낸 단면도

제3(a)도 내지 제3(g)도는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘택형성의 배선을 나타낸 단면도.

제4(a)도 내지 제4(e)도는 본 발명의 제3실시예에 따른 콘택형성의 배선을 나타낸 단면도

제5도는 본 발명의 제4실시예에 따른 콘택형성의 배선을 나타낸 단면도

본 발명은 반도체 제조공정에 관한 것으로 특히 콘택과 배선에 적용되어 인터커넥션 콘택(Interconnection contact), 다이렉트 콘택(Direct contact), 비어 홀(Via hole)등에 사용될 수 있는 콘택의 모양 개선에 관한 것이다.

종래 DRAM의 콘택 형성방법은 단차 피복성(step coverage) 확보를 위해 왯(Wet)과 드라이(Dry), 에치(Etch)방식에 의한 콘택(contact)형성방법이 현재까지 널리 사용되어 왔으며 16M DRAM급 이상에서는 왯, 드라이, 왯 에치방식, 드라이, 왯, 드라이 에치방식 및 테이퍼 방식 알려져 있다. wet, dry etch방식 및 taper 방식 등이 알려져 있다.

반도체 공정이 진행되어 여러가지 층과 패턴이 형성됨에 따라 실리콘 기판상에는 자연히 스탭(step)이 생기게 되며, 복잡한 회로의 고집적 반도체가 될수록 더 많은 공정스텝이 필요해서 층도 많고 굴곡도 심해진다. 이런 경우 포토마스킹에 문제가 생기는데 노광하는 빛이 마스크패턴 주위로 확산되어 웨이퍼 표면의 패턴크기를 바꾸게되고 깊은곳에 있는 패턴의 경우에는 접촉창의 폭이 더욱 작고 깊어지므로 콘택의 종횡비(aspect-ratio)에 따른 단차 피복성 불량 및 메탈 필링(metal filling)부족 현상으로 인한 끊어짐(short)불량이 더욱 커지게 된다.

이를 종래의 콘택형상을 나타내는 제1도에 따라 설명하면 다음과 같다.

DRAM 콘택형성은 일반적으로 등방성(isotropy)식각과 이방성(anisotropy)식각 방식에 의해 콘택이 형성된다.

제1도에 도시된 바와 같이 종래 콘택을 만드는 방법은 절연막(Isolation film)(2)위에 감광막을 도포하여 소정의 감광막 패턴(1)을 형성한 다음, 등방성 방식의 식각(Etch)을 실시하여 콘택의 탑(top)부위에 경사(slope)를 만든뒤, 제1(c)도에서 도시된 바와 같이 이방성 방식의 식각을 진행하여 제1(d)도의 최종적인 접촉창을 형성한다.

그후 상기 접촉창에 도전성 물질(conductive Material) 예컨데, 알루미늄(Al), 폴리 실리콘(poly-Si), 등을 도포(Deposition)하여 콘택간 배선을 한다.

상기 방법의 경우 도전성 물질에 따라 콘택 사이드 웰(side wall)의 단차피복성(step Coverage를 의미하는 것으로 제1(e)도에서 e/d의 비율을 나타낸다)이 나빠지게 되는데, 이는 크게 두가지의 경우로 구분하여 설명할 수 있다. 즉 콘택의 종횡비(Aspect-ratio: 제1(c)도에서 b/c의 비율)가 높아질수록 단차 피복성이 나빠지는 경우와 콘택의 탑CD(Top CD)(제1(c)도의 a부분)가 콘택의 보텀CD(Bottom CD)(제1(c)도의 c 부분)와 거의 같을 때 단자 피복성이 나빠지는 경우를 들 수 있다. 여기서 통상적으로 b/c의 값은 0.9이며 이때 CD란 콘택거리(Contact distance:이하 CD라 한다)를 의미한다.

상기 기술은 종래의 콘택 형성방법인 등방성 식각방식과 이방성 식각방식을 각각 한번씩 사용한 것으로 콘택 형성시 콘택의 종횡비가 증가하게 되고, 보톰CD와 탑CD의 차이가 거의 없어 배선에 사용되는 도전체 물질의 특성에 따라 단차 피복성이 저하되며 콘택 안에서의 샤프 에지부(Sharp Edge)에서 메탈 필링(Metal Filling)에 따른 배선단락이 유발되는 문제점을 안고 있었다.

이에 본 발명은 상기 기술의 단점을 보완하기 위하여 이루어진 것으로, 콘택형성시 콘택의 종횡비를 낮추며, 동시에 탑cd를 크게하여 단차 피복성을 좋게함으로써 콘택간 배선단락을 방지할 수 있으며, 또한 콘택의 샤프 에지부를 제거함으로써 금속라인의 필링(Filling)을 더욱 개선 시킬 수 있으며 금속의 비트-라인 마진(Bit-Line Margin)을 종래 등방성, 이방성 식각 보다 크게 할 수 있는 반도체의 콘택 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘택 형성방법은 등방성 식각과 이방성 식각의 조합으로 이루어진 다단계 식각(에치)방법을 이용한 것으로서 각 실시예의 공정과정에 따라 그 형성방법이 다소 차이는 있으나 각 콘택의 아래에 제시된 네가지 실시예에 따른 각각의 공정방법이 모두 가능하다.

먼저 본 발명의 제1특징에 따른 반도체 장치의 콘택 형성방법은 절연막위에 감광막을 도포한 후 소정의 감광막 패턴을 형성하는 제1단계; 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 절연막의 상부로 부터 소정 깊이로 이방성 식각을 실시하여 콘택홀을 형성하는 제2단계; 상기 이방성 식각 공정후 상기 콘택홀의 입구가 하부보다 크도록 소정깊이로 등방성 식각을 실시하는 제3단계; 상기 공정후 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 다시 이방성 식각을 실시하는 제4단계; 상기 제1단계에서 형성된 소정의 감광막 패턴을 제거한후, 최종적인 형성된 콘택홀에 도전성 물질을 도포하는 제5단계로 구성됨을 특징으로 한다.

다음으로 본 발명의 제2특징에 따른 반도체 장치의 콘택 형성방법은 절연막 위에 감광막을 도포한후 소정의 감광막 패턴을 형성하는 제1단계; 상기 감광막 패턴을 마스크로하여 상기 절연막에 등방성 방식의 식각을 실시하여 상기 절연막의 탑부위에 소정의 경사를 갖는 콘택홀을 형성하는 제2단계; 상기 공정후 다시 상기 감광막 패턴을 마스크로하여 절연막 하부의 콘택부까지 이방성 식각을 행하는 제3단계; 제1단계에서 형성된 감광막 패턴의 일부를 제거하여 상기 감광막의 콘택간 거리를 크게 형성하는 제4단계; 다음으로 콘택홀의 모서리 부위를 추가로 이방성 식각하는 제5단계; 상기 제1단계에서 형성된 소정의 감광막 패턴을 제거한 후, 형성된 콘택홀에 도전성 물질을 도포하는 제6단계로 구성됨을 특징으로 한다.

계속해서 본 발명의 제3특징에 따른 반도체 장치의 콘택 형성방법은 절연막 위에 감광막으로 소정의 감광막 패턴을 형성한뒤, 상기 절연막 상에 습식식각에 의한 등방성 식각을 실시하여 제1크기의 제1콘택홀을 형성하는 제1단계; 그후, 상기 콘택홀내에 케미칼 건식식각을 이용한 등방성 식각을 실시하여 상기 제1크기의 콘택홀 보다 작은 제2콘택을 형성하는 제2단계; 상기 공정후 다시 이방성 식각을 실시하여 제2콘택홀내에 제2콘택홀 보다 작은 제3콘택홀을 형성하는 제3단계; 상기 감광막 패턴을 제거하고 콘택홀에 도전성 물질을 도포하는 제4단계로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 공정에 의해 콘택의 종횡비를 낮출 수 있을 뿐 아니라 탑 CD를 크게할 수 있어 단차 피복성을 개선할 수 있으며, 또한 배선간의 단락을 방지할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

제2(a)도 내지 제2(f)도는 본 발명의 제1실시예에 따른 콘택 형성방법을 도시한 것이며 제3(a)도 내지 제3(g)도는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘택 형성방법을 도시한 것이다. 또한 제4(a)도 내지 제4(e)도는 본 발명의 제3실시예에 따른 콘택 형성방법을 도시한 것이며, 제5도는 본 발명의 제4실시예에 따라 형성된 최종적인 콘택 모양을 나타낸 것이다.

기존의 콘택모양은 등방성 식각, 이방성 식각을 각각 한번씩 사용하여 콘택의 모양을 형성하기 때문에 제1도에 도시된 바와 같이 콘택의 종횡비(B/C)가 0.8보다 크게되어 단자 피복성이 나빠지게되나 본 발명의 제2도 내지 제5도에서 제시된 방법에 의해 형성된 콘택은 종횡비를 낮출 수 있게 되어 단차 피복성을 개선할 수 있게된다.

제2도 내지 제5도를 참조하여 본 발명에서 제시된 콘택 형성방법을 설명하면 아래와 같다.

본 발명의 1실시예에 따른 콘택 형성방법은 제2(a)도 내지 제2(f)도에 도시된 바와 같이 먼저 절연막(2)위에 감광막을 도포하여 소정의 감광막패턴(1)을 형성한 다음 상기 절연막(2)상부로부터 f만큼의 높이로 이방성식각을 한후에 제2(c)도와 같이 다시 등방성 식각을 한다. 그 다음 제2(d)도와 같이 이방성 식각을 하면, 제1(c)도에 비해 f만큼의 높이가 낮아지게되어 종횡비는가 되며, 이때 종횡비의 값은 0.58이 되어 종래보다 단차 피복성을 향상시킬 수 있게 된다.

계속해서 감광막을 식각한 다음, 제2(e)도의 최종적인 계단형콘택 단면도를 형성한다.

그후 상기 콘택에 도전성 물질 (Conductive Material)예컨데, 알루미늄(AL), 폴리 실리콘(POLY-SI), 각종 실리사이드등을 도포(Deposition)하여 콘택간 배선을 함으로써 본 발명에 따른 콘택 모양이 형성된다. 이때 상기 방법에 의하여 형성된 콘택은 탑 CD를 크게 할 수 있어 역시 금속 배선시 단차 피복성을 높일 수 있게 된다.

한편, 제2실시예에 따른 콘택 형성방법은 제3(a)도 내지 제3(g)도에 도시된 바와 같이 제2도에서 제시된 콘택의 형태와 동일한 모양, 유사한 효과를 나타내는 것으로 먼저 종래 콘택 형성방법과 동일한 방법으로 제3(a)도 내지 제3(c)도를 형성한다. 즉, 우선 감광막을 도포하여 소정의 감광막 패턴(1)을 형성한 다음, 등방성 방식의 식각을 하여, 콘택홀의 탑부위에 경사(SLOPE)를 만든뒤 제3(c)도에서 보는 바와 같이 이방성 방식의 식각을 진행하여 제3(c)도의 콘택홀을 형성한다.

그후, 제3(d)도에 도시된 바와 같이 감광막 패턴의 일부(1')를 식각하여 상기 감광막 패턴의 CD를 크게 한 후 제3(e)도 에서 제시된 콘택의 모서리 부분 즉, G에 해당하는 부분 만큼을 추가로 식각한다. 이때의 종횡비는 B-G/C가 되어 역시 단차 피복성을 향상시킬 수 있게 된다. 여기서 상기 종횡비의 값은 0.65이다. 또한 제2도 및 제3도의 장점으로써 탑CD를 크게할 수 있으므로 알루미늄 등과 같은 도전성 물질로 금속 배선을 실시할 때 단차 피복성을 높힐 수 있게 되며 따라서 배선단락등의 불량율을 낮출 수 있게 된다.

본 발명의 제3실시예에 따른 콘택 형성방법은 절연막(2)을 BPSG막(4)으로 형성한 경우로 제4(a)도 내지 제4(e)에 도시된 바와 같이 상기 BPSG(4)막위에 감광막을 도포하여 소정의 감광막 패턴(1) 형성한뒤 2000Å두께에 해당하는 만큼을 습식식각에 이한 등방성 식각하면 제4(a)도와 같은 형태를 갖추게 되며, 그후 상기 제4(a)도가 형성된 상태에서 다시 2000Å두께에 해당하는 만큼을 케미칼 건식식각에 의한 등방성 식각하면 제4(b)도와 같은 형태로 만들어진다. 상기 공정후 연이어 건식식각에 의한 이방성 식각을 하면 제4(c)도와 같은 콘택홀을 형성하게 된다. 그후 상기 콘택홀의 상부에 있는 감광막을 식각 한 뒤, 상기 콘택에 도전성 물질을 도포하여 콘택간 배선을 하는 공정을 거치게 된다.

제5도에 도시된 본 발명의 제4실시예에 따른 콘택 형성방법은 콘택 바운더리(BOUNDARY)를 크게하기 위한 것으로, 절연막을 단일막으로 형성한뒤 식각하는 종전의 공정과는 달리 상기 절연막을 서로 다른 물질, 예컨데 맨하부에 열산화막(6)을, 상기 열산화막(6) 위에 PSG막(5)을 상기 PSG(5)위에 BPSG(4)막을 도포하여 형성한 후, 그 위에 감광막으로 소정의 감광막 패턴(1)을 형성한다. 그후 제4도에서 제시한 공정과 동일한 방법으로 먼저 BPSG막(4)을 등방성 식각한 후 다시 PSG막(5)을 등방성 식각하고 상기 공정후 열산화막(6)을 이방성 식각하여 최종적인 멀티 계단형 콘택홀을 형성하게 된다. 이때 상기 콘택 단면도에 열처리를 하면, 콘택 바운더리가 다른 실시예와 동일한 완만한 계단형의 콘택홀을 형성할 수 있게된다. 그후 상기 콘택홀의 상부에 있는 감광막을 식각한 뒤, 상기 콘택에 도전성 물질을 도포하여 콘택간 배선을 함으로서 본 발명에 따른 콘택모양이 형성된다.

이와같이 형성된 콘택은 종횡비가 개선되며 샤프 에지부(Sharp Edge)를 제거하게 되어 금속 라인의 필링 증대 및 단차 피복성을 개선할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 등방성과 이방성을 병행한 다단계 식각 방법으로 게단형 콘택을 형성함으로써 배선간 접촉을 위한 콘택형상의 종횡비 개선을 용이하게 하여 배선간의 단락을 제거하며, 제품의 특성 및 신뢰성을 향상시키고, 제품수율을 높힐 수 있을 뿐 아니라, 기존 기술에서 발생되는 샤프 에지부를 제거하여 메탈 필링 및 단차 피복성을 개선하고 등방성 식각 및 이방성 식각 만으로 형성된 콘택 보다 금속의 비트-라인 마진을 크게할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 절연막 위에 감광막을 도포한 후 소정의 감광막 패턴을 형성하는 제1단계;

   상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 절연막에 등방성 방식의 식각을 실시하여 상기 절연막의 탑부위에 소정의 경사를 갖는 콘택홀을 형성하는 제2단계;

   상기 공정 후 다시 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 절연막 하부의 콘택부까지 이방성 식각을 행하는 제3단계;

   제1단계에서 형성된 감광막 패턴의 일부를 제거하여 상기 감광막의 패턴의 구경을 증가시키는 제4단계;

   다음으로, 콘택홀의 모서리 부위를 추가로 이방성 식각하는 제5단계;

   상기 제1단계에서 형성된 소정의 감광막 패턴을 제거한 후 형성된 콘택홀에 도전성 물질을 도포하는 제6단계로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택 형성방법.
2. 절연막 위에 감광막으로 소정의 감광막 패턴을 형성한 뒤, 상기 절연막 상에 습식 식각에 의한 등방성 식각을 실시하여 제1크기의 제1콘택홀을 형성하는 제1단계;

   그후 상기 콘택홀 내에 케미칼 건식 식각을 이용한 등방성 식각을 실시하여 상기 제1크기의 콘택홀보다 작은 제2콘택홀을 형성하는 제2단계;

   상기 공정 후 다시 이방성 식각을 실시하여 제2콘택홀 내에 제2콘택홀보다 작은 제3콘택홀을 형성하는 제3단계;

   상기 감광막 패턴을 제거하고 콘택홀에 도전성 물질을 도포하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택 형성 방법에 있어서,

   상기 절연막은 상부로부터 BPSG로 이루어진 제1절연막, 상기 제1절연막 아래에 형성되어 있으며 PSG로 이루어진 제2절연막 및 가장 아래에 형성되어 있으며 열산화막인 제3절연막으로 이루어져 있고, 상기 제1콘택홀은 제1절연막에 형성되고, 제2콘택홀은 제2절연막에 형성되고, 제3콘택홀은 제3절연막에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택 형성 방법