KR20050107027A - Method for forming contact hole and conductive structure using the same - Google Patents
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Abstract
어스펙트 비가 우수한 콘택홀 및 도전성 구조물 형성방법이 개시되어 있다. 상기 콘택홀은 도전성 패턴을 포함하는 기판 상에 절연막 및 금속막을 형성하고, 상기 금속막 상에 상기 도전성 패턴의 노출영역을 정의하는 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴에 금속성 폴리머가 흡착되도록 상기 포토레지스트 패턴에 노출된 상기 금속막을 제1 식각하여 금속성 폴리머가 흡착되어 제1 개구부 보다 작은 제2 개구부를 갖는 식각마스크를 형성한다. 이어서, 상기 식각마스크에 노출된 절연막을 제2 식각함으로서 형성된다. 이와 같이 금속성 폴리머가 흡착됨을 인해 식각 선택비가 높은 식각마스크를 이용하여 형성된 콘택홀은 높은 어스펙트 비를 갖고, 입구가 손상되지 않으며, 수직 프로파일을 갖는다.A method for forming a contact hole and a conductive structure having excellent aspect ratio is disclosed. The contact hole may form an insulating film and a metal film on a substrate including a conductive pattern, and form a photoresist pattern having a first opening defining an exposed area of the conductive pattern on the metal film. Subsequently, the metal film exposed to the photoresist pattern is first etched such that the metal polymer is adsorbed onto the photoresist pattern to form an etch mask having a second opening smaller than the first opening. Subsequently, the insulating layer exposed to the etching mask is formed by second etching. As such, the contact hole formed by using the etching mask having the high etching selectivity due to the adsorption of the metallic polymer has a high aspect ratio, does not damage the inlet, and has a vertical profile.
Description
본 발명은 반도체 소자의 콘택홀 형성방법 및 이를 이용한 도전성 구조물 형성 방법 관한 것으로, 보다 상세하게는 식각선택비가 우수한 마스크 패턴을 적용하여 매우 깊고 작은 오픈 사이즈를 갖는 콘택홀을 형성 방법 및 이를 이용한 도전성 구조물의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a contact hole of a semiconductor device and a method of forming a conductive structure using the same. More particularly, a method of forming a contact hole having a very deep and small open size by applying a mask pattern having an excellent etching selectivity and a conductive structure using the same It relates to a method of forming.
최근, 급속도로 성장하는 정보화 사회에 있어서, 다양한 기술의 발전과 함께 대량의 정보를 보다 빠르게 처리하기 위해 반도체 장치는 고집적화 되고 있다. In recent years, in an information society that is growing rapidly, semiconductor devices have been highly integrated in order to process large amounts of information faster with the development of various technologies.
상기 반도체 장치로서는 정보의 입력과 출력이 자유롭고, 고용량을 갖는 디램(DRAM) 장치가 범용적으로 이용되고 있다. 상기 디램 장치는 각 메모리 셀이 하나의 액세스 트랜지스터(access transistor)와 하나의 축적 커패시터를 포함한다.As the semiconductor device, a DRAM device having free input and output of information and having a high capacity is widely used. In the DRAM device, each memory cell includes one access transistor and one storage capacitor.
상기 메모리 셀의 집적도가 요구됨에 따라 축소된 면적 내에 입체적인 형태를 갖으며 다층으로 형성되는 배선과, 고축적 용량을 갖는 커패시터를 형성할 수 있는 디자인 룰(design rule)의 축소 작업이 보다 중요시되고 있다.As the degree of integration of the memory cell is required, reduction of design rules for forming capacitors having a three-dimensional shape in a reduced area and forming a multilayer and a capacitor having a high storage capacity is becoming more important. .
상기와 같이 배선을 다층으로 형성하여 상기 층간 배선들을 전기적으로 연결시키기 위해서는 콘택이 필요하고, 상기 커패시터의 용량을 증가시키기 위해 스토로지 노드 전극의 높이를 최대로 높게 하기 위해서는 절연막에 깊은 콘택홀을 형성하는 방법이 필요하다.As described above, a contact is required to electrically connect the interlayer interconnections by forming a plurality of wires, and a deep contact hole is formed in the insulating layer to maximize the height of the storage node electrode in order to increase the capacitance of the capacitor. How to do it.
상기와 같이 깊은 콘택홀이 요구됨에 따라 포토레지스트 패턴만을 단독으로 사용하여 콘택홀을 형성하는 공정에 여러 가지 한계점이 드러나고 있다. 특히, 100 nm 이하의 작은 패턴들이 요구됨에 따라 도입된 ArF 포토레지스트 패턴 형성공정은 건식식각시 내성 감소, 포토레지스트의 두께감소, 유기 반사방지막 사용 등의 특성을 갖기 때문에 건식 식각공정시 보다 높은 포토레지스트의 식각 선택비를 요구한다.As the deep contact hole is required as described above, various limitations are revealed in the process of forming the contact hole using only the photoresist pattern alone. In particular, the ArF photoresist pattern forming process introduced as small patterns of less than 100 nm are required to have a higher photo-resistance rate in dry etching process because it has characteristics such as resistance to dry etching, thickness reduction of photoresist, and use of an organic anti-reflection film. Requires an etching selectivity of the resist.
이러한 포토레지스트 패턴의 고식각 선택비를 갖기 위해 탄화불소 폴리머(Fluorocarbon polymer)를 포토레지스트 패턴에 흡착시키는 방법이 흔히 사용되고 있다. 하지만, 상기 탄화불소 폴리머는 건식식각 공정시 산소와 반응하여 CxFy + O2 → CO2 + CO +COFx와 같은 반응이 일어난다. 즉, 탄화불소 폴리머는 산소 이온이나 산소 라디칼과 반응하여 깊은 콘택홀 형성하기 위한 건식 식각공정시 쉽게 제거될 수 있다. 따라서, 깊은 콘택홀을 형성하기 위한 건식 식각공정 도중에 상기 포토레지스트 패턴의 임계치수가 커지거나 변형되는 문제가 발생하여 상기 방법에 의해 형성되는 콘택홀의 임계 치수가 불균일하다.In order to have a high etching selectivity of the photoresist pattern, a method of adsorbing a fluorocarbon polymer to the photoresist pattern is commonly used. However, the fluorocarbon polymer reacts with oxygen during the dry etching process, and a reaction such as CxFy + O 2 → CO 2 + CO + COFx occurs. That is, the fluorocarbon polymer may be easily removed during the dry etching process for reacting with oxygen ions or oxygen radicals to form a deep contact hole. Therefore, a problem arises in that the critical dimension of the photoresist pattern is increased or deformed during the dry etching process for forming the deep contact hole, so that the critical dimension of the contact hole formed by the method is uneven.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 오픈 영역의 임계 치수가 균일하고 어스펙트 비가 높은 콘택홀을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a method for forming a contact hole having a uniform critical dimension of an open area and a high aspect ratio.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 콘택홀 형성방법을 이용하여 도전성 구조물의 형성방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a method for forming a conductive structure using the above-described contact hole forming method.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘택홀 형성 방법은,Contact hole forming method of the present invention for achieving the above object,
도전성 패턴을 포함하는 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 상에 상기 도전성 패턴의 콘택 영역을 정의하는 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 금속성 폴리머가 흡착되도록 하면서 상기 노출된 금속막을 제1 식각하여, 상기 제1 개구부에 비해 오픈된 부위가 작은 제2 개구부를 갖는 식각마스크를 형성하는 단계; 상기 금속성 폴리머가 흡착되어 제2 개구부를 갖는 식각마스크에 노출된 절연막을 제2 식각하여 상기 도전성 패턴을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.Forming an insulating film on a substrate including a conductive pattern; Forming a metal film on the insulating film; Forming a photoresist pattern on the metal layer, the photoresist pattern having a first opening defining a contact region of the conductive pattern; First etching the exposed metal layer while allowing the metallic polymer to be adsorbed onto the surface of the photoresist pattern, thereby forming an etching mask having a second opening having a smaller opening than the first opening; And etching the insulating film exposed to the etching mask having the second opening by adsorbing the metallic polymer to form a contact hole exposing the conductive pattern.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도전성 구조물 형성방법은,The conductive structure forming method of the present invention for achieving the above-mentioned other object,
도전성 패턴을 포함하는 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 상에 상기 도전성 패턴의 콘택 영역을 정의하는 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 금속성 폴리머가 흡착되도록 하면서 상기 노출된 금속막을 제1 식각하여, 상기 제1 개구부에 비해 오픈된 부위가 작은 제2 개구부를 갖는 식각마스크를 형성하는 단계; 상기 금속성 폴리머가 흡착되어 제2 개구부를 갖는 식각마스크에 노출된 절연막을 제2 식각하여 상기 도전성 패턴을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀에 도전성 물질을 매몰시켜 도전성 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.Forming an insulating film on a substrate including a conductive pattern; Forming a metal film on the insulating film; Forming a photoresist pattern on the metal layer, the photoresist pattern having a first opening defining a contact region of the conductive pattern; First etching the exposed metal layer while allowing the metallic polymer to be adsorbed onto the surface of the photoresist pattern, thereby forming an etching mask having a second opening having a smaller opening than the first opening; Forming a contact hole exposing the conductive pattern by second etching the insulating film exposed to the etching mask having the second opening by adsorbing the metallic polymer; And embedding a conductive material in the contact hole to form a conductive structure.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 본 발명의 도전성 구조물 형성방법은,Conductive structure forming method of the present invention according to an embodiment for achieving the above-mentioned other object,
도전성 패턴을 포함하는 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 상에 상기 도전성 패턴의 콘택 영역을 정의하는 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 금속성 폴리머가 흡착되도록 하면서 상기 노출된 금속막을 제1 식각하여, 상기 제1 개구부에 비해 오픈된 부위가 작은 제2 개구부를 갖는 식각마스크를 형성하는 단계; 상기 금속성 폴리머가 흡착되어 제2 개구부를 갖는 식각마스크에 노출된 절연막을 제2 식각하여 상기 도전성 패턴을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 식각마스크를 제거하는 단계; 및 상기 콘택홀 내에 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되는 커패시터의 하부전극을 형성하는 단계를 포함한다. Forming an insulating film on a substrate including a conductive pattern; Forming a metal film on the insulating film; Forming a photoresist pattern on the metal layer, the photoresist pattern having a first opening defining a contact region of the conductive pattern; First etching the exposed metal layer while allowing the metallic polymer to be adsorbed onto the surface of the photoresist pattern, thereby forming an etching mask having a second opening having a smaller opening than the first opening; Forming a contact hole exposing the conductive pattern by second etching the insulating film exposed to the etching mask having the second opening by adsorbing the metallic polymer; Removing the etching mask; And forming a lower electrode of the capacitor electrically connected to the conductive pattern in the contact hole.
이와 같이, 금속-할로겐 폴리머는 절연막에 대한 식각 선택비가 우수하다. 때문에, 상기 금속-할로겐 폴리머가 흡착된 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용함으로서, 종횡비가 높은 콘택홀 및 콘택 플러그를 형성할 수 있다.As such, the metal-halogen polymer has an excellent etching selectivity with respect to the insulating film. Therefore, by using the photoresist pattern to which the metal-halogen polymer is adsorbed as an etching mask, contact holes and contact plugs having a high aspect ratio can be formed.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예 1Example 1
도 1 내지 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 게이트 스페이서를 포함하는 게이트 전극(도시하지 않음)들을 형성한 후 게이트 전극을 이온주입 마스크로 적용하여 불순물을 이온 주입함으로서 소스/드레인(120)을 형성한다. 상기 도면에 도시하지 않았지만 상기 소오스/드레인 영역에는 오믹 콘택층인 금속 실리사이드막(도시하지 않음)이 형성된다. Referring to FIG. 1, after forming gate electrodes (not shown) including a gate spacer of a semiconductor substrate 100, a source / drain 120 is formed by implanting impurities by applying a gate electrode as an ion implantation mask. . Although not shown in the drawing, a metal silicide film (not shown) that is an ohmic contact layer is formed in the source / drain region.
이어서, 게이트 전극을 덮는 층간절연물을 증착한 후 CMP(chemical mechanical polishing)공정 즉, 평탄화 공정을 수행하여 층간절연막(130)을 형성한다. 그리고, 상기 층간절연막 상에 금속막(132)을 형성한다. Subsequently, an interlayer insulating layer covering the gate electrode is deposited, and then an interlayer insulating layer 130 is formed by performing a chemical mechanical polishing (CMP) process, that is, a planarization process. A metal film 132 is formed on the interlayer insulating film.
상기 금속막(132)은 이후 상기 소오스/ 드레인(120)의 노출 영역을 정의하는 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한 후 건식 식각되어 상기 포토레지스트 패턴의 개구부에 흡착될 수 있는 물질이다.The metal layer 132 is a material that can then be dry etched and adsorbed into the opening of the photoresist pattern after forming a photoresist pattern having a first opening defining an exposed region of the source / drain 120.
즉, 상기 금속막은 예컨대 Ti, TiN, Al, W, TiAlN, TiSix, WSix, Co, CoSix, Cr, Ni, Cu등의 금속막을 적용할 수 있고, 본 실시예1 에서는 알루미늄막을 형성하는 것이 바람직하다.That is, the metal film may be, for example, a metal film such as Ti, TiN, Al, W, TiAlN, TiSix, WSix, Co, CoSix, Cr, Ni, Cu, and the like, and in Example 1, an aluminum film is preferably formed. .
도 2를 참조하면, 상기 알루미늄막(132) 상에 반사방지막(134) 및 포토레지스트 패턴(136)을 형성한다. 상기 반사방지막(134)은 유기 반사방지막인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, an anti-reflection film 134 and a photoresist pattern 136 are formed on the aluminum film 132. The antireflection film 134 is preferably an organic antireflection film.
상기 포토레지스트 패턴(136)은 포토레지스트를 도포한 후, 노광, 현상, 세정 및 베이킹 공정을 수행함으로서 형성되며, 소오스/ 드레인(120) 상부에 존재하는 알루미늄막(132)을 노출시키기 위한 제1 개구부(P1)를 갖는다.The photoresist pattern 136 is formed by applying a photoresist, and then performing exposure, development, cleaning, and baking processes to expose the aluminum layer 132 on the source / drain 120. It has an opening P1.
도 3을 참조하면, 상기 제1 개구부(P1)를 갖는 포토레지스트 패턴(136)을 식각 마스크로 이용하여 상기 포토레지스트 패턴(136)에 노출된 알루금속막(132)을 건식 식각한다. 상기 알루미늄막(132)을 건식 식각하는 공정은 7족 원소를 포함하는 식각 가스를 이용하여 수행하는 것이 바람직하며, 예컨대 상기 식각 가스로 Cl2, HBr, BCl3, SF6 및 NF3 가스를 이용할 수 있다.Referring to FIG. 3, the aluminium metal layer 132 exposed to the photoresist pattern 136 is dry-etched using the photoresist pattern 136 having the first opening P1 as an etching mask. The dry etching of the aluminum film 132 may be performed using an etching gas containing a Group 7 element. For example, Cl 2 , HBr, BCl 3 , SF 6, and NF 3 gas may be used as the etching gas. Can be.
상술한 식각 가스를 이용하여 상기 알루미늄막(132)을 건식 식각할 경우 알루미늄막이 식각되면서 금속 폴리머인 금속-할로겐 폴리머(AlxCly:P)가 발생되어 상기 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴(136)의 표면에 흡착된다. 상기 금속-할로겐 폴리머(AlxCly;P)의 흡착으로 인해 상기 포토레지스트 패턴(136)은 제1 개구부 보다 금속막의 노출 영역이 작은 제2 개구부(P2)를 갖는 식각마스크(136a)로 형성된다.When the aluminum film 132 is dry-etched using the above-described etching gas, the aluminum film is etched to generate a metal-halogen polymer (AlxCl y : P), which is a metal polymer, so that the photoresist pattern 136 having the first opening is formed. Is adsorbed on the surface. Due to the adsorption of the metal-halogen polymer (AlxCl y ; P), the photoresist pattern 136 is formed as an etching mask 136a having a second opening P2 having a smaller exposed area of the metal film than the first opening.
도면에 도시하지 않았지만, 상기 포토레지스트 패턴(136)에 흡착된 금속-할로겐 폴리머(P)는 이후 층간절연막을 식각하는 식각가스(CxFy)와 반응하여 보다 높은 끊은 점(Boiling Point)을 갖는 폴리머(AlxFy ;P)로 변형될 수 있다. 그리고, 금속-할로겐 폴리머들 중에는 탄화불소 폴리머들과 달리 건식 식각공정시 이온(Ion)이나 라디칼(Radical)과 반응하여 쉽게 제거되지 않는 것들이 있다.Although not shown in the drawing, the metal-halogen polymer (P) adsorbed on the photoresist pattern 136 subsequently reacts with the etching gas (C x F y ) to etch the interlayer insulating film to generate a higher boiling point. It may be modified into a polymer (AlxF y ; P) having. And, metal-halogen polymers, unlike fluorocarbon polymers, are not easily removed by reaction with ions or radicals in the dry etching process.
예를 들면, 플루오르 알루미늄(AlF3)은 산소(O2)와 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)과 산화플루오르 알루미늄 화합물(AlxFyO z)로 형성된다. 이렇게 형성된 산화알루미늄은 끊은점(Boiling Point)이 3000℃로 높기 때문에 건식 식각 공정시 쉽게 증발되지 않고, 상기 포토레지스트 패턴에 잔류하여 상기 포토레지스트 패턴의 식각 선택비를 증가시킨다.For example, aluminum fluorine (AlF 3 ) is reacted with oxygen (O 2 ) to form aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and fluorine aluminum oxide compound (Al x F y O z ). The aluminum oxide thus formed is not easily evaporated during the dry etching process because the boiling point is high at 3000 ° C., so that the aluminum oxide remains in the photoresist pattern to increase the etching selectivity of the photoresist pattern.
도 4를 참조하면, 금속 할로겐 폴리머(P)가 흡착되어 제2 개구부(P2)를 갖는 식각마스크(136a)에 노출된 층간절연막(130)을 식각함으로서, 게이트 전극(110) 사이에 위치해 있는 소오스/드레인(120)을 노출시키는 콘택홀(140)을 형성한다. 상기 콘택홀(140)의 형성으로 인해 층간절연막은 층간절연막 패턴(130a)으로 형성된다.Referring to FIG. 4, a source disposed between the gate electrodes 110 may be formed by etching the interlayer insulating layer 130 exposed by the metal halogen polymer P and exposed to the etching mask 136a having the second opening P2. A contact hole 140 is formed to expose the drain 120. Due to the formation of the contact hole 140, the interlayer insulating layer is formed of the interlayer insulating layer pattern 130a.
즉, 상술한 금속-할로겐 폴리머는 제1 개구부(p2)를 갖는 포토레지스트 패턴의 표면에 존재하기 때문에 상기 층간절연막에 어스펙비가 높은 콘택홀을 형성할 경우 포토레지스트 패턴의 식각 선택비를 보다 향상시킬 수 있다.That is, since the above-described metal-halogen polymer is present on the surface of the photoresist pattern having the first opening p2, when the contact hole having a high aspect ratio is formed in the interlayer insulating layer, the etching selectivity of the photoresist pattern is further improved. You can.
실시예 2Example 2
도 5 내지 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.5 to 11 are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug in a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 도전성 패턴(210)을 포함하는 반도체 기판(200) 상에 층간절연막(230)을 형성한다. 여기서, 상기 도전성 패턴(210)을 구성하는 물질로는 구리, 알루미늄, 텅스텐, 은, 금, 백금 등을 적용할 수 있으나 본 발명의 도전성 패턴(210)은 텅스텐 패턴인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, an interlayer insulating film 230 is formed on a semiconductor substrate 200 including a conductive pattern 210. Herein, copper, aluminum, tungsten, silver, gold, platinum, or the like may be used as a material constituting the conductive pattern 210, but the conductive pattern 210 of the present invention is preferably a tungsten pattern.
상기 층간절연막(230)을 형성하기 위한 절연물질로는 SiO2 ,SiON, 실록산 SOG, 실리케이트 SOG, PSG, PEOX, P-TEOS, USG 및 FSG, HSG 물질을 적용될 수 있으나 본 실시예 2의 층간절연막(230)은 FSG막이다.As an insulating material for forming the interlayer insulating film 230, SiO 2 , SiON, siloxane SOG, silicate SOG, PSG, PEOX, P-TEOS, USG and FSG, HSG materials can be used, but the interlayer insulating film of the second embodiment 230 is an FSG film.
도 6을 참조하면, 상기 층간절연막(230) 상에 티타늄막(232), 반사방지막(234) 및 제1 개구부(P1)를 갖는 포토레지스트 패턴(236)을 형성한다. 상기 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴(236)은 상기 도전성 패턴(210)이 형성된 위치에 해당하는 티타늄막(232)을 노출시킨다.Referring to FIG. 6, a photoresist pattern 236 having a titanium film 232, an antireflection film 234, and a first opening P1 is formed on the interlayer insulating film 230. The photoresist pattern 236 having the first opening exposes the titanium film 232 corresponding to the position where the conductive pattern 210 is formed.
도 7을 참조하면, 상기 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴(236)을 식각마스크로 이용하여 상기 포토레지스트 패턴(236)에 노출된 반사방지막(234) 및 티타늄막(232)을 건식 식각한다. 상기 티타늄막(232)을 건식 식각하는 공정은 7족 원소를 포함하는 식각 가스인 Cl2, HBr, BCl3, SF6 및 NF3 가스를 이용할 수 있고, 바람직하게는 NF3 가스를 이용하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7, the anti-reflection film 234 and the titanium film 232 exposed to the photoresist pattern 236 are dry-etched using the photoresist pattern 236 having the first opening as an etching mask. In the dry etching of the titanium film 232, Cl 2 , HBr, BCl 3 , SF 6, and NF 3 gas, which is an etching gas containing a Group 7 element, may be used, and preferably, NF 3 gas is used. Do.
상술한 식각가스를 이용하여 상기 티타늄막(232)을 건식 식각할 경우 티타늄막(232)이 식각되면서 금속-할로겐 폴리머(TiF3;p) 발생된다. 이렇게 발생된 금속-할로겐 폴리머(TiF3 ;p)는 제1 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴(236)의 표면에 흡착되어 포토레지스트 패턴(236)을 제1 개구부 보다 작은 제2 개구부(p2)를 식각마스크(236a)로 형성한다.When the titanium film 232 is dry-etched using the above-described etching gas, the titanium film 232 is etched to generate metal-halogen polymer (TiF 3 ; p). The metal-halogen polymer (TiF 3 ; p) thus generated is adsorbed on the surface of the photoresist pattern 236 having the first openings to etch the second openings p2 having the photoresist pattern 236 smaller than the first openings. It forms with the mask 236a.
이때, 상기 식각공정으로 티타늄막(232)은 티타늄 패턴(232a)으로 형성된다.In this case, the titanium film 232 is formed of a titanium pattern 232a by the etching process.
상기 포토레지스트 패턴(236)의 표면에 잔류하는 금속-할로겐 폴리머(TiF3)는 상기 층간절연막(230)에 어스펙비가 높은 콘택홀(240)을 형성할 경우 포토레지스트 패턴(236)의 식각 선택비를 보다 향상시키는 역할을 한다. 상기 금속-할로겐 폴리머(p)에 대한 보다 상세한 설명은 상기 실시예 1에 상세히 기재되어 있기 때문에 중복을 피하기 위해 생략하기로 한다.When the metal-halogen polymer (TiF 3 ) remaining on the surface of the photoresist pattern 236 forms a contact hole 240 having a high aspect ratio in the interlayer insulating layer 230, an etching selection of the photoresist pattern 236 is performed. It serves to improve rain. A more detailed description of the metal-halogen polymer (p) will be omitted in order to avoid duplication because it is described in detail in Example 1 above.
도 8을 참조하면, 금속 할로겐 폴리머(p)가 흡착되어 제2 개구부(p2)를 갖는 식각마스크(236a)에 노출된 층간절연막(230)을 식각함으로서, 상기 도전성 패턴(210)을 노출시키는 콘택홀(240)을 형성한다. 상기 콘택홀(240)의 형성으로 인해 층간절연막(230)은 층간절연막 패턴(230a)으로 형성된다. 이렇게 형성된 콘택홀(240)은 수직 프로파일을 갖고, 어스펙트 비가 우수한 특성을 갖는다.Referring to FIG. 8, a contact for exposing the conductive pattern 210 by etching the interlayer insulating layer 230 exposed to the etch mask 236a having the second opening p2 adsorbed by the metal halide polymer p is adsorbed. The hole 240 is formed. Due to the formation of the contact hole 240, the interlayer insulating film 230 is formed of the interlayer insulating film pattern 230a. The contact hole 240 thus formed has a vertical profile and has an excellent aspect ratio.
도 9를 참조하면, 이어서, 에싱 스트립(Ashing strip)공정을 수행하여 폴리머가 흡착된 포토레지스트 패턴 즉, 식각마스크(236a), 반사방지 패턴(234a)을 제거한다. 이때, 상기 폴리머가 존재하는 식각마스크(236a)를 보다 용이하게 제거하기 위해서는 에싱 공정시 불소가스를 제공하는 것이 바람직하다. 이후 건식 세정공정 또는 습식 세정공정을 수행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 9, an ashing strip process is performed to remove the photoresist pattern on which the polymer is adsorbed, that is, the etching mask 236a and the antireflection pattern 234a. In this case, in order to more easily remove the etching mask 236a in which the polymer is present, it is preferable to provide fluorine gas during the ashing process. Thereafter, it is preferable to perform a dry cleaning process or a wet cleaning process.
이어서, 상기 층간절연막 패턴(230a) 상에 존재하는 티타늄 패턴(232a)을 제거한다. 상기 티타늄 패턴(232a)은 에치백 공정 또는 화학적 기계적 연마공정을 수행하여 제거하는 것이 바람직하다.Subsequently, the titanium pattern 232a existing on the interlayer insulating film pattern 230a is removed. The titanium pattern 232a may be removed by performing an etch back process or a chemical mechanical polishing process.
도면에 도시하지 않았지만, 상기 콘택홀 형성공정 이후 금속 배선을 형성할 경우 상기 티타늄 패턴은 제거하지 않아도 된다.Although not shown in the drawings, the metal pattern may not be removed when the metal wiring is formed after the contact hole forming process.
도 10을 참조하면, 상기 도전성 패턴(210)을 노출시키는 콘택홀(240) 및 층간절연 패턴(230a)의 상면에 균일한 두께를 갖는 베리어막(242)을 연속적으로 형성한다. 여기서, 상기 제1베리어막(242)은 금속배선(Metal Wire)의 형성시 금속배선을 구성하는 금속물질이 층간절연막 내로 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, Ti, Ta, W, TiN, TaN, WN, WCN, TiSiN, TaSiN, WSiN 등의 물질 또는 이들의 조합으로 형성한다.Referring to FIG. 10, the barrier layer 242 having a uniform thickness is continuously formed on the top surface of the contact hole 240 and the interlayer insulating pattern 230a exposing the conductive pattern 210. Here, the first barrier film 242 serves to prevent the metal material constituting the metal wiring from being diffused into the interlayer insulating film when the metal wire is formed, and the Ti, Ta, W, TiN, TaN, It is formed of a material such as WN, WCN, TiSiN, TaSiN, WSiN or a combination thereof.
또한 상기 베리어막의 형성은 화학적기상증착(CVD), 스퍼터링 증착, 물리적기상증착법(PVD), ALD, E-beam evaporation, electroless chemical deposition, electrochemical deposition등의 방법을 적용하여 형성할 수 있다.In addition, the barrier film may be formed by applying a chemical vapor deposition (CVD), sputter deposition, physical vapor deposition (PVD), ALD, E-beam evaporation, electroless chemical deposition, electrochemical deposition.
도 11 및 도 12를 참조하면, 이어서, 베리어막(242)이 형성된 콘택홀(240)을 매몰시키고, 상기 층간절연막 패턴(230a)의 상면을 덮는 금속막(244)을 형성한다. 상기 금속막(244)은 화학기상증착법(CVD)이나 물리기상증착법(PVD), ALD, E-beam evaporation, electroless chemical deposition, electro chemical deposition 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 금속막(244)은 불균일한 두께를 갖기 때문에 상기 층간절연 패턴(236a)의 상면이 노출되도록 화학적 기계연마(chemical mechanical polishing; CMP)공정을 수행하여 금속 배선(244a)을 형성한다.11 and 12, a contact hole 240 in which the barrier film 242 is formed is buried, and a metal film 244 covering the top surface of the interlayer insulating film pattern 230a is formed. The metal film 244 may be formed using chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), ALD, E-beam evaporation, electroless chemical deposition, electro chemical deposition, or the like. Subsequently, since the metal film 244 has a non-uniform thickness, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to expose the top surface of the interlayer insulating pattern 236a to form the metal wiring 244a.
다음으로, 도면에는 도시하지 않았지만, 외부 환경이나 후속 공정 등으로부터 야기되는 각종의 오염으로부터 금속배선(244)을 보호할 수 있도록 패시베이션 막(도시하지 않음)을 더 형성할 수 있다.Next, although not shown in the drawings, a passivation film (not shown) may be further formed to protect the metal wiring 244 from various contaminations caused by an external environment, a subsequent process, or the like.
실시예 3Example 3
도 12 내지 14는 본 발명의 실시예 3에 따른 반도체 소자의 하부 전극의 형성방법을 나타내는 공정 단면도이다.12 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of forming the lower electrode of the semiconductor device according to the third exemplary embodiment of the present invention.
도 12에 도시된 콘택홀의 형성 방법은 상기 실시예 2에서 상세히 설명하여 기 때문에 중복을 피하기 위해 생략한다.Since the method for forming the contact hole shown in FIG. 12 is described in detail in the second embodiment, it is omitted to avoid duplication.
도 13에 도시된 바와 같이, 에싱 스트립(Ashing strip)공정을 수행하여 폴리머가 흡착된 포토레지스트 패턴 즉, 식각마스크(336a), 반사방지 패턴(334a)을 제거한다. 이때, 상기 폴리머가 존재하는 식각마스크(336a)를 보다 용이하게 제거하기 위해서는 에싱 공정시 불소가스를 제공하는 것이 바람직하다. 이후 건식 세정공정 또는 습식 세정공정을 수행하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 13, an ashing strip process is performed to remove the photoresist pattern on which the polymer is adsorbed, that is, the etching mask 336a and the antireflection pattern 334a. In this case, in order to more easily remove the etching mask 336a in which the polymer is present, it is preferable to provide fluorine gas during the ashing process. Thereafter, it is preferable to perform a dry cleaning process or a wet cleaning process.
이어서, 상기 콘택플러그(244a)를 노출시키는 콘택홀(340) 및 티타늄 패턴(232a)의 상면에 균일한 두께를 갖는 하부 금속막(342)을 연속적으로 형성한다. 여기서, 상기 하부 금속막(342)은 스퍼터링 증착, 물리적기상증착법(PVD), ALD 등의 방법으로 형성할 수 있다.Subsequently, the contact hole 340 exposing the contact plug 244a and the lower metal layer 342 having a uniform thickness are continuously formed on the upper surface of the titanium pattern 232a. The lower metal layer 342 may be formed by sputter deposition, physical vapor deposition (PVD), ALD, or the like.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 하부 금속막(342)이 형성된 콘택홀(340) 내에 절연물을 매몰한 후 상기 층간절연 패턴(330a)의 상면이 노출되도록 화학적 기계연막 공정을 수행하여 상기 콘택홀(340) 내에만 존재하는 하부금속 패턴(342)을 형성한다. As shown in FIG. 14, after the insulator is buried in the contact hole 340 in which the lower metal layer 342 is formed, a chemical mechanical smoke process is performed to expose the top surface of the interlayer insulating pattern 330a. The lower metal pattern 342 existing only in the 340 is formed.
이어서, 상기 층간절연 패턴(333a) 및 상기 콘택홀(340) 내에 존재하는 절연물을 제거하는 습식 식각공정을 수행하여 상기 도저성 패턴과 전기적으로 연결되는 커패시터의 하부전극(342)을 형성한다.Subsequently, a wet etching process of removing the insulation existing in the interlayer insulating pattern 333a and the contact hole 340 is performed to form the lower electrode 342 of the capacitor electrically connected to the doped pattern.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속-할라이드 폴리머를 흡착된 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 층간절연막에 깊은 콘택홀을 형성할 수 있다. As described above, according to the present invention, a deep contact hole may be formed in the interlayer insulating layer by using a photoresist pattern adsorbed with a metal-halide polymer as an etching mask.
즉, 상기 포토레지스트 패턴은 깊은 콘택홀을 형성하기 위한 건식 식각공정시 상기 포토레지스트 패턴의 임계치수가 벌어지거나 변형되는 문제가 발생하지 않기 때문에 임계치수가 우수하고, 어스펙트 비가 높은 콘택홀을 형성할 수 있다. That is, the photoresist pattern may form a contact hole having an excellent critical dimension and a high aspect ratio because the photoresist pattern does not have a problem of opening or deforming the critical dimension of the photoresist pattern during a dry etching process for forming a deep contact hole. have.
상술한 구조를 갖는 콘택홀의 형성으로 인해 도전성 패턴과 전기적으로 연결되며 프로파일이 우수한 도전성 구조물인 콘택 플러그 및 캐패시터의 하부전극을 형성할 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 제조에 따른 생산성 및 신뢰도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.Due to the formation of the contact hole having the above-described structure, it is possible to form the lower electrode of the contact plug and the capacitor, which are electrically connected to the conductive pattern and have an excellent profile. Therefore, the effect that the productivity and reliability of manufacturing a semiconductor device can be improved can be expected.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법을 나타내는 공정단면도이다.1 to 4 are process cross-sectional views showing a method for forming a contact hole in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
도 5 내지 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 나타내는 공정 단면도이다.5 to 11 are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug in a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 12 내지 14는 본 발명의 실시예 3에 따른 반도체 소자의 하부 전극의 형성방법을 나타내는 공정 단면도이다.12 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of forming the lower electrode of the semiconductor device according to the third exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판 120 : 소오스/드레인100: substrate 120: source / drain
130 : 층간절연막 130a : 층간절연 패턴130: interlayer insulating film 130a: interlayer insulating pattern
132 : 금속막 134 : 반사방지막132: metal film 134: antireflection film
136 : 포토레지스트 패턴 136a : 식각마스크136: photoresist pattern 136a: etching mask
140 : 콘택홀 p : 폴리머140: contact hole p: polymer
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