KR100772706B1 - Method for fabricating contact in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 콘택홀 제조 방법을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a contact hole in a semiconductor device according to the prior art;
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 제조 방법을 도시한 단면도. 2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact hole in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 기판 22 : 층간절연막21
23 : 제1비정질 카본층 24 : 제2비정질 카본층23: first amorphous carbon layer 24: second amorphous carbon layer
25 : SiON막 26 : 반사방지막25 SiON
27 : 포토레지스트 패턴 28 : 콘택홀27: photoresist pattern 28: contact hole
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 깊은 콘택홀(Deep contact hole) 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 반도체 소자는 그 내부에 다수의 단위 소자들을 포함하여 이루어진다. 반도체 소자가 고집적화되면서 일정한 셀(cell) 면적 상에 고밀도로 여러 요소들을 형성하여야 하며, 이로 인하여 단위 소자 예를 들면 트랜지스터, 캐패시터들의 크기는 점차 줄어들고 있다. In general, a semiconductor device includes a plurality of unit devices therein. As semiconductor devices become highly integrated, various elements must be formed at a high density on a certain cell area, and thus, the size of unit devices, for example, transistors and capacitors, is gradually reduced.
특히, DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체 메모리 장치에서 디자인 룰(Design rule)이 감소하면서 셀의 내부에 형성되는 단위 소자들의 크기가 점차 작아지지만, 소자의 용량을 확보하기 위해서 종횡비(Aspect ratio)의 증가가 불가피하다.In particular, in semiconductor memory devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory), as the design rule decreases, the size of the unit devices formed inside the cell gradually decreases, but in order to secure device capacity, the aspect ratio (Aspect ratio) is used. ) Is inevitable.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 콘택홀 제조 방법을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a contact hole in a semiconductor device according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 반도체 공정이 진행된 기판(11) 상부에 층간절연막(12)을 증착한다. 층간절연막(12)의 소정 영역 상부에 비정질 카본(Amorphous Carbon) 하드마스크(13)를 형성한 후, 비정질 카본 하드마스크(13)를 식각 베리어로 층간절연막(12)을 식각하여 기판(11)의 표면을 드러내는 콘택홀(14)을 형성한다. 콘택홀(14)을 형성하면서 비정질 카본 하드마스크(13)는 일부 식각 손실되며, 잔류하는 비정질 카본 하드마스크(13)는 스트립(Strip)한다.As illustrated in FIG. 1, an
그러나, 상술한 종래 기술에서 반도체 소자가 고집적화될수록 종횡비(Aspect ratio)가 높아지므로 식각 난이도가 증가하게 된다. 특히, 반도체 소자의 깊은 콘택홀 식각시, 인가되는 식각 플라즈마가 콘택홀의 상부에 부딪혀 콘택홀의 상부에 보잉(Bowing)을 유발시킨다. 이러한 보잉으로 인해, 후속 공정에서 콘택홀에 금속막(예컨대, 텅스텐 또는 알루미늄막)을 매립할 때, 콘택홀 내부에 보이드(void)를 발생시키므로 소자 특성에 악영향을 미치고 있다. 보이드와 같은 현상은 소자의 불량 현상으로 이어져 제조 수율을 감소시키고 소자 특성을 저하시키는 문제가 있다.However, in the above-described conventional technology, as the semiconductor device is highly integrated, the aspect ratio is increased, so that the etching difficulty increases. In particular, during the deep contact hole etching of the semiconductor device, an etch plasma is applied to the upper part of the contact hole to cause bowing on the upper part of the contact hole. Due to such bowing, voids are generated inside the contact hole when the metal film (eg, tungsten or aluminum film) is embedded in the contact hole, thereby adversely affecting device characteristics. Voids, such as voids, lead to poor device phenomena, leading to a reduction in manufacturing yield and device characteristics.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 소자가 고집적화되면서 깊은 콘택홀 식각시 발생하는 보잉을 제거하여 후속 공정에서 매립되는 물질막의 보이드를 방지하면서, 기설정된 폭보다 넓은 폭을 가지는 콘택홀을 구현하는데 적합한 반도체 소자의 콘택홀 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, while the device is highly integrated, thereby eliminating the bowing generated during deep contact hole etching to prevent voiding of the material film embedded in the subsequent process, while wider than the predetermined width. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a contact hole of a semiconductor device suitable for implementing a contact hole having a.
상기 목적을 달성하기 위한 특징적인 본 발명의 반도체 소자의 콘택홀 제조 방법은 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 제1비정질 카본층과 제2비정질 카본층을 형성하되, 상기 제1비정질 카본층은 상기 제2비정질 카본층 에 비해 상대적으로 낮은 온도 분위기에서 형성하는 단계; 상기 제2 및 제1비정질 카본층을 선택적으로 식각하는 단계; 및 상기 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a contact hole in a semiconductor device, the method including: forming an insulating film on a substrate; Forming a first amorphous carbon layer and a second amorphous carbon layer on the insulating layer, wherein the first amorphous carbon layer is formed in a relatively low temperature atmosphere compared to the second amorphous carbon layer; Selectively etching the second and first amorphous carbon layers; And forming a contact hole by etching the insulating film.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 콘택홀 제조 방법을 도시한 단면도이다. 2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a contact hole in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, DRAM 구성에 필요한 소정의 구조가 형성된 기판(21) 상에 절연막(Dielectric layer, 22)을 형성한다. 이어서 서로 다른 온도 분위기에서 하드마스크로 사용될 제1비정질 카본층(23)과 제2비정질 카본층(24)을 차례로 형성한다. 이 때, 제1비정질 카본층(23)은 250∼350℃에서, 제2비정질 카본층(24)은 450∼550℃ 온도 분위기에서 형성한다. 제1비정질 카본층(23)과 제2비정질 카본층(24)의 두께의 합은 6000∼7000Å을 가지며, 통상 제1비정질 카본층(23)과 제2비정질 카본층(24)은 동일한 두께로 형성한다.As shown in FIG. 2A, an
한편, 제1비정질 카본층(23)은 제2비정질 카본층(24)에 비해 상대적으로 낮은 온도 분위기에서 형성되었으므로 제2비절질 카본층(24)에 비해 카본 함유량 적으므로 폴리머(polymer) 발생이 적고, 가교 결합(Crosslinking)이 약해 측면 식각(Lateral etch)이 잘되는 특성을 갖는다. On the other hand, since the first
반면, 제2비정질 카본층(24)은 제1비정질 카본층(23)에 비해 상대적으로 높은 온도에서 형성되었으므로, 제1비정질 카본층(23)에 비해 카본 함유량이 높아 폴리머가 많이 발생되는 특성이 있다.On the other hand, since the second
이어서, 제2비정질 카본층(24) 상에 SiON막(25)과 반사방지막(26)을 차례로 증착한다. 그리고 나서, 반사방지막(26)의 소정 영역 상에 포토레지스트 패턴(27)을 형성한다.Subsequently, the SiON
도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(27)을 식각 베리어로 반사방지막(26), SiON막(25)을 식각한 후 포토레지스트 패턴(27), 식각된 반사방지막(26) 및 식각된 SiON막(25)을 식각 베리어로 및 제2비정질 카본층(24)을 식각한다. 제2비정질 카본층(24)은 O2 또는 N2 플라즈마를 이용하여 건식 식각한다. 이하. 식각된 제2비정질 카본층(24)은 제2비정질카본하드마스크(24A)라고 한다. 제2비정질카본하드마스크(24A)에 의해 후속 공정에서 형성될 제1콘택홀의 선폭(CD1)이 정의된다.As shown in FIG. 2B, the
도 2c에 도시된 바와 같이, 제2비정질카본하드마스크(24A)를 형성한 후 잔류하는 포토레지스트 패턴을 스트립(Strip)한다.As shown in FIG. 2C, the remaining photoresist pattern is stripped after forming the second amorphous carbon
계속해서, 반사방지막(26), SiON막(25) 및 제2비정질카본하드마스크(24A)를 식각 베리어로 제1비정질 카본층(23)을 식각한다. 제1비정질 카본층(23)은 O2 또는 N2 플라즈마를 이용하여 건식 식각하는데, 제1비정질 카본층(23)은 제2비정질 카본층(24)에 비해 가교 결합(Crosslinking)이 약하고 측면 식각이 잘되는 특성이 있다. 따라서, 제1비정질 카본층(23)은 수직 방향에 비해 측면 방향으로 과도 식각되 므로, 제1비정질 카본층(23) 식각 공정 후 제2비정질카본하드마스크(24A)에 의해 정의된 선폭(CD1)보다 넓은 선폭(CD2)을 정의하게 된다. 넓은 선폭(CD2)은 제1비정질카본하드마스크(23A)에 의해 후속 공정에서 형성될 제2콘택홀의 선폭(CD2)을 말한다. 이하, 식각된 제1비정질 카본층을 제1비정질카본하드마스크(23A)라고 한다.Subsequently, the first
도 2d에 도시된 바와 같이, 제1비정질카본하드마스크(23A) 식각시, 제2비정질카본하드마스크(24A) 상부의 SiON막(25) 및 반사방지막(26)은 모두 식각된다.As illustrated in FIG. 2D, when the first amorphous carbon
계속해서, 제2비정질카본하드마스크(24A)를 식각 베리어로 층간절연막(22)을 식각하여 기판(21)의 소정 영역을 오픈하는 제1콘택홀(28)을 형성한다. 제1콘택홀(28)은 제2비정질카본하드마스크(24A)에 의해 정의된 선폭(CD1)을 가지며, 제1콘택홀(28)의 상부에는 보잉(A)이 발생하게 된다. Subsequently, the
도 2e에 도시된 바와 같이, 제1콘택홀(28) 식각시 제2비정질카본하드마스크(24A)는 모두 식각된다. 계속해서, 제1비정질카본하드마스크(23A)를 식각 베리어로 층간절연막(22)을 식각하여 도 2d의 단계에서 형성된 제1콘택홀(28) 보다 선폭(CD1→CD2)이 증가된 제2콘택홀(28A)을 형성한다. 이 때, 제1비정질카본하드마스크(23A)에 의해 정의된 선폭(CD2)은 제2비정질카본하드마스크(24A)에 의해 정의된 선폭(CD1)보다 더 크면서, 보잉을 제거할 수 있을 만큼의 선폭(CD2)을 가지므로 보잉을 제거하면서, 제1콘택홀(28) 보다 선폭이 큰 제2콘택홀(28A)을 형성할 수 있다. 따라서, 소자의 문제점이 되었던 보잉을 방지하면서 콘택홀의 선폭을 넓힐 수 있으므로 후속 공정에서 매립되는 금속막의 매립 특성을 개선할 수 있다.As illustrated in FIG. 2E, the second amorphous carbon
도 2f에 도시된 바와 같이, 제2콘택홀(28A) 식각시 대부분의 제1비정질카본 하드마스크(23A)는 모두 식각 손실되고 잔류하는 제1비정질카본하드마스크는 스트립 공정을 이용하여 제거한다. 이와 같은 공정을 통해, 상부에 보잉이 없으면서 기설정된 선폭보다 증가된 선폭(CD2)을 갖는 제2콘택홀(28A)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2F, most of the first amorphous carbon
상술한 바와 같이, 서로 다른 온도 분위기에서 비정질 카본층을 적층하여 하드마스크로 사용하므로서, 콘택홀 상부의 보잉을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 보잉을 제거하였으므로 후속 공정에서 금속막 증착시 콘택홀 내부의 보이드도 방지할 수 있다.As described above, by stacking the amorphous carbon layers in different temperature atmospheres and using them as hard masks, not only the bowing on the upper portion of the contact hole can be removed but also the bowing is removed, so that the voids in the contact hole during the deposition of the metal film in the subsequent process are removed. Can also be prevented.
본 발명은 깊은 콘택홀 제조 공정에 관련된 모든 공정에 적용 가능하다.The present invention is applicable to all processes related to the deep contact hole manufacturing process.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 서로 다른 온도 분위기에서 형성한 비정질 카본층을 적층하여 하드마스크로 사용하므로서, 콘택홀 상부의 보잉을 제거하면서 콘택홀의 선폭을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of increasing the line width of the contact hole while removing the bowing on the upper part of the contact hole by stacking the amorphous carbon layers formed in different temperature atmospheres as a hard mask.
또한, 보잉을 제거하였으므로 콘택홀 형성 후 매립하는 금속막의 보이드 현 상도 방지할 수 있으므로, 금속막의 매립 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since voiding is removed, void development of the metal film to be buried after the formation of the contact hole can be prevented, thereby improving the embedding characteristics of the metal film.
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2006
- 2006-09-28 KR KR1020060095066A patent/KR100772706B1/en not_active IP Right Cessation
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