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KR20080001157A - Bit line contact hole formation method using amorphous carbon layer - Google Patents

Bit line contact hole formation method using amorphous carbon layer Download PDF

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KR20080001157A
KR20080001157A KR1020060059310A KR20060059310A KR20080001157A KR 20080001157 A KR20080001157 A KR 20080001157A KR 1020060059310 A KR1020060059310 A KR 1020060059310A KR 20060059310 A KR20060059310 A KR 20060059310A KR 20080001157 A KR20080001157 A KR 20080001157A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
forming
bit line
line contact
contact hole
amorphous carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020060059310A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이재영
이민석
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020060059310A priority Critical patent/KR20080001157A/en
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01Manufacture or treatment
    • H10D84/0123Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H10D84/0149Manufacturing their interconnections or electrodes, e.g. source or drain electrodes
    • H10P14/416
    • H10P50/73

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 감광막마진부족과 패턴일그러짐을 동시에 방지할 수 있는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법은 셀지역과 주변회로지역이 정의된 반도체기판 상부에 층간절연막을 형성하는 단계; 및 비정질카본층패턴을 하드마스크로 사용한 식각 공정으로 상기 셀지역과 상기 주변회로지역에 순차적으로 비트라인콘택홀을 형성하는 단계를 포함하고, 상술한 본 발명은 비정질카본층과 PETEOS를 사용하므로써 감광막마진부족현상과 BLC1,2의 패턴일그러짐을 동시에 방지하여 반도체소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a method for forming a bit line contact hole of a semiconductor device capable of simultaneously preventing photoresist margins and pattern distortion. The method of forming a bit line contact hole of a semiconductor device of the present invention includes a cell region and a peripheral circuit region. Forming an interlayer insulating film over the defined semiconductor substrate; And sequentially forming bit line contact holes in the cell region and the peripheral circuit region by an etching process using an amorphous carbon layer pattern as a hard mask. The above-described present invention provides a photosensitive film by using an amorphous carbon layer and PETEOS. It is possible to prevent margin shortage and pattern distortion of BLC1 and 2 at the same time, thereby improving reliability of the semiconductor device.

Description

비정질카본층을 이용한 비트라인콘택홀 형성 방법{METHOD FOR FORMING BITLINE CONTACT HOLE USING AMORPHOUS CARBON LAYER}Bit line contact hole formation method using an amorphous carbon layer {METHOD FOR FORMING BITLINE CONTACT HOLE USING AMORPHOUS CARBON LAYER}

도 1은 종래기술에 따른 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 도시한 도면,1 illustrates a method for forming a bit line contact hole in a semiconductor device according to the prior art;

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line 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 : 반도체기판 22 : 게이트산화막21 semiconductor substrate 22 gate oxide film

23 : 게이트전극 24 : 게이트하드마스크질화막23 gate electrode 24 gate hard mask nitride film

25 : 게이트스페이서 26 : 제1층간절연막25 gate spacer 26 first interlayer insulating film

27 : 랜딩플러그콘택 28 : 제2층간절연막27: landing plug contact 28: second interlayer insulating film

29 : 비정질카본층 30 : PETEOS29: amorphous carbon layer 30: PETEOS

31 : BLC2 마스크 32 : BLC231: BLC2 Mask 32: BLC2

33 : PETEOS 34 : BLC1 마스크33: PETEOS 34: BLC1 Mask

35 : BLC135: BLC1

본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a bit line contact hole in a semiconductor device.

T60(60nm 이하)으로 반도체소자가 집적화(Shrinkage)됨에 따라 많은 층(LPC, BL, SN, BLC 등) 등의 식각시 감광막마진이 중요한 이슈로 대두되고 있다.As semiconductor devices are integrated at T60 (less than 60 nm), photoresist margins are an important issue when etching many layers (LPC, BL, SN, BLC, etc.).

일반적으로, 반도체소자 제조 공정 중 비트라인 콘택홀 형성은, 셀지역의 비트라인콘택홀(이를 'BLC1'이라 약칭함)과 주변회로지역의 비트라인콘택홀(이를 'BLC2'라 약칭함)으로 나누어서 2번에 걸쳐 형성한다.In general, the formation of bit line contact holes in a semiconductor device manufacturing process includes bit line contact holes in a cell region (abbreviated as 'BLC1') and bit line contact holes in a peripheral circuit region (abbreviated as 'BLC2'). Divide and form twice.

도 1은 종래기술에 따른 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 도시한 도면이다.1 is a view illustrating a method of forming a bit line contact hole in a semiconductor device according to the prior art.

도 1을 참조하면, 셀지역과 주변회로지역이 정의된 반도체기판(11) 상에 소정 간격을 두고 배치되는 복수개의 게이트라인을 형성한다. 이때, 게이트라인은 셀지역 상부는 물론 주변회로지역 상부에도 형성되며, 각 게이트라인은 게이트산화막(12), 게이트전극(13) 및 게이트하드마스크질화막(14)의 순서로 적층된 것이다.Referring to FIG. 1, a plurality of gate lines are formed on a semiconductor substrate 11 in which a cell region and a peripheral circuit region are defined at predetermined intervals. In this case, the gate lines are formed not only in the cell region but also in the peripheral circuit region, and the gate lines are stacked in the order of the gate oxide layer 12, the gate electrode 13, and the gate hard mask nitride layer 14.

다음으로, 게이트라인을 포함한 전면에 게이트스페이서질화막을 증착한 후 에치백을 진행하여 게이트라인의 양측벽에 접하는 게이트스페이서(15)를 형성한다. Next, after the gate spacer nitride film is deposited on the entire surface including the gate line, the gate spacer 15 is etched back to form gate spacers 15 in contact with both sidewalls of the gate line.

다음으로, 게이트라인 사이의 공간을 채울때까지 전면에 제1층간절연막(16)을 증착한 후, 셀지역에만 게이트라인 사이에 랜딩플러그콘택(17)을 형성한다. Next, the first interlayer insulating film 16 is deposited on the entire surface until the space between the gate lines is filled, and then the landing plug contact 17 is formed between the gate lines only in the cell region.

다음으로, 전면에 제2층간절연막(18)을 형성한 후, 셀지역에 랜딩플러그콘택(17)의 표면을 개방시키는 제1비트라인콘택홀(이하, 'BLC1')을 형성하고, 주변회로지역에 게이트라인의 게이트전극(13)의 표면을 개방시키고 반도체기판(11)의 표면을 개방시키는 제2비트라인콘택홀(이하, 'BLC2')을 형성한다.Next, after the second interlayer insulating film 18 is formed on the entire surface, a first bit line contact hole (hereinafter referred to as 'BLC1') for opening the surface of the landing plug contact 17 is formed in the cell region, and the peripheral circuit is formed. A second bit line contact hole (hereinafter referred to as 'BLC2') is formed in the region to open the surface of the gate electrode 13 of the gate line and open the surface of the semiconductor substrate 11.

위와 같은 종래기술은 BLC1, BLC2 형성을 위해 ArF PR을 이용한 감광막마스크(PR Mask)를 사용하고 있다.The prior art as described above uses a photoresist mask (PR Mask) using ArF PR to form BLC1, BLC2.

그러나, 종래기술은 감광막마스크를 이용하여 BLC1, BLC2를 구현하므로, 감광막 마진 부족과 ArF PR 특성으로 인하여 패턴일그러짐(Pattern striation)이 발생하는 문제가 있다. 즉, BLC1, BLC2가 매우 큰 종횡비를 갖게 됨에 따라 BLC1과 BLC2를 구현할 때 감광막이 부족하게 되고, 또한 감광막으로 ArF PR을 사용하는 경우, ArF PR은 식각시 발생하는 디포메이션(deformation)으로 인해 식각후 패턴일그러짐이 발생한다. 이러한 패턴일그러짐은 비트라인콘택의 콘택저항에 나쁜 영향을 미친다.However, since the prior art implements BLC1 and BLC2 using photoresist masks, there is a problem in that pattern distortion occurs due to insufficient photoresist margins and ArF PR characteristics. That is, since BLC1 and BLC2 have very large aspect ratios, the photoresist film is insufficient when implementing BLC1 and BLC2, and when ArF PR is used as the photoresist film, the ArF PR is etched due to deformation occurring during etching. After pattern distortion occurs. This pattern distortion adversely affects the contact resistance of the bit line contacts.

위와 같은 감광막마진부족 및 패턴일그러짐은 비트라인콘택홀을 포함한 반도체소자의 높은 종횡비 식각시에 발생한다.Such photoresist film deficiency and pattern distortion occur when the high aspect ratio of the semiconductor device including the bit line contact hole is etched.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 감광막마진부족과 패턴일그러짐을 동시에 방지할 수 있는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for forming a bit line contact hole in a semiconductor device capable of simultaneously preventing photoresist margins and pattern distortion.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법은 셀지역과 주변회로지역이 정의된 반도체기판 상부에 층간절연막을 형성하는 단계; 및 비정질카본층패턴을 하드마스크로 사용한 식각 공정으로 상기 셀지역과 상기 주변회로지역에 순차적으로 비트라인콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 비트라인콘택홀을 형성하는 단계는, 상기 층간절연막 상부에 비정질카본층패턴과 제1하드마스크패턴의 적층으로 된 제1층을 형성하는 단계; 상기 제1층을 식각배리어로 상기 주변회로지역의 층간절연막을 식각하여 상기 주변회로지역에 비트라인콘택홀을 형성하는 단계; 상기 주변회로지역에 형성된 비트라인콘택홀 내부를 채우는 제2하드마스크를 전면에 형성하는 단계; 상기 제2하드마스크 상부에 감광막을 도포하여 상기 셀지역에 비트라인콘택홀을 형성하기 위한 감광막마스크를 형성하는 단계; 상기 감광막마스크를 식각배리어로 상기 비정질카본층패턴과 제2하드마스크를 패터닝하여 상기 셀지역 상부에 상기 비정질카본층패턴과 제2하드마스크패턴의 적층으로 된 제2층을 형성하는 단계; 및 상기 제2층을 식각배리어로 상기 셀지역의 층간절연막을 식각하여 상기 셀지역에 비트라인콘택홀을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2하드마스크패턴은 PETEOS로 형성하는 것을 특징으로 한다.A method of forming a bit line contact hole in a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate defined cell region and peripheral circuit region; And sequentially forming bit line contact holes in the cell region and the peripheral circuit region by an etching process using an amorphous carbon layer pattern as a hard mask, wherein the forming of the bit line contact holes is performed. Forming a first layer of an amorphous carbon layer pattern and a first hard mask pattern on the interlayer insulating layer; Forming a bit line contact hole in the peripheral circuit region by etching the interlayer insulating layer of the peripheral circuit region using the first layer as an etching barrier; Forming a second hard mask on a front surface of the bit line contact hole formed in the peripheral circuit area; Forming a photoresist mask for forming a bit line contact hole in the cell region by applying a photoresist film on the second hard mask; Patterning the amorphous carbon layer pattern and the second hard mask using the photoresist mask as an etch barrier to form a second layer formed of the amorphous carbon layer pattern and the second hard mask pattern on the cell region; And forming a bit line contact hole in the cell region by etching the interlayer insulating layer of the cell region using the second layer as an etching barrier, wherein the first and second hard mask patterns are formed of PETEOS. It is done.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A through 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line contact hole in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 셀지역과 주변회로지역이 정의된 반도체기판(21) 상에 소정 간격을 두고 배치되는 복수개의 게이트라인을 형성한다. 이때, 게이트라인은 셀지역 상부는 물론 주변회로지역 상부에도 형성되며, 각 게이트라인은 게이트산화막(22), 게이트전극(23) 및 게이트하드마스크질화막(24)의 순서로 적층된 것이다. As shown in FIG. 2A, a plurality of gate lines are formed on the semiconductor substrate 21 in which cell regions and peripheral circuit regions are defined at predetermined intervals. In this case, the gate lines are formed not only in the cell region but also in the peripheral circuit region, and the gate lines are stacked in the order of the gate oxide layer 22, the gate electrode 23, and the gate hard mask nitride layer 24.

다음으로, 게이트라인을 포함한 전면에 게이트스페이서질화막을 증착한 후 에치백을 진행하여 게이트라인의 양측벽에 접하는 게이트스페이서(25)를 형성한다. Next, the gate spacer nitride film is deposited on the entire surface including the gate line and then etched back to form the gate spacer 25 in contact with both sidewalls of the gate line.

다음으로, 게이트라인 사이의 공간을 채울때까지 전면에 제1층간절연막(26)을 증착한 후, 게이트라인의 상부 표면에서 정지하는 조건으로 제1층간절연막(26)의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행한다. 이때, 제1층간절연막(26)은 BPSG를 5000Å∼10000Å 두께로 증착한다.Next, after the first interlayer insulating film 26 is deposited on the entire surface until the space between the gate lines is filled, CMP (Chemical Mechanical Polishing) of the first interlayer insulating film 26 is stopped on the upper surface of the gate line. Proceed with the process. At this time, the first interlayer insulating film 26 is deposited with a thickness of 5000 kPa to 10,000 kPa.

다음으로, LPC 하드마스크 증착, 콘택마스크 및 식각을 순차적으로 진행하여 콘택홀(도시 생략)을 형성한 후, 콘택마스크 스트립 및 세정을 진행한다. 이어서, 콘택홀을 매립할때까지 전면에 폴리실리콘막을 1500Å∼3000Å 두께로 증착한 후, 폴리실리콘막 에치백 공정 및 CMP 공정을 차례로 진행하여 콘택홀에 매립되는 랜딩플러그콘택(27)을 형성한다. 이때, 랜딩플러그콘택(27)은 셀지역에만 형성된다.Next, the LPC hard mask deposition, the contact mask, and the etching are sequentially performed to form contact holes (not shown), and then the contact mask strip and cleaning are performed. Subsequently, the polysilicon film is deposited on the entire surface until the contact hole is buried, and then the polysilicon film etch back process and the CMP process are sequentially performed to form the landing plug contact 27 embedded in the contact hole. . In this case, the landing plug contact 27 is formed only in the cell region.

도 2b에 도시된 바와 같이, 전면에 제2층간절연막(28)으로 BPSG를 증착한 후, 제2층간절연막(28) 상에 비정질카본층(29)과 PETEOS(30)를 차례로 형성한다. 여기서, 비정질카본층(29)과 PETEOS(30)은 하드마스크로 작용하는 물질이며, PETEOS(30)는 비정질카본층(29)을 패터닝하기 위한 하드마스크 역할을 하고, 비정질카본층(29)은 제2층간절연막(28), 제1층간절연막(26)을 식각하기 위한 하드마스크 역할을 한다.As shown in FIG. 2B, after the BPSG is deposited on the entire surface of the second interlayer insulating film 28, the amorphous carbon layer 29 and the PETEOS 30 are sequentially formed on the second interlayer insulating film 28. Here, the amorphous carbon layer 29 and the PETEOS 30 is a material acting as a hard mask, the PETEOS 30 serves as a hard mask for patterning the amorphous carbon layer 29, and the amorphous carbon layer 29 is It serves as a hard mask for etching the second interlayer insulating film 28 and the first interlayer insulating film 26.

도 2c에 도시된 바와 같이, PETEOS(30) 상에 감광막을 이용한 BLC2 마스크(31)를 형성한 후, BLC2 마스크(31)를 식각배리어로 PETEOS(30)와 비정질카본층(29)을 식각한다. 이때, 비정질카본층(29) 식각시 BLC2 마스크(31)는 모두 소모되고, 따라서 PETEOS(30)가 비정질카본층(29) 식각시 하드마스크로 사용된다. As shown in FIG. 2C, after the BLC2 mask 31 using the photoresist film is formed on the PETEOS 30, the PETEOS 30 and the amorphous carbon layer 29 are etched using the BLC2 mask 31 as an etching barrier. . At this time, the BLC2 mask 31 is consumed when the amorphous carbon layer 29 is etched, and thus the PETEOS 30 is used as a hard mask when the amorphous carbon layer 29 is etched.

위와 같은 식각공정후에 비정질카본층패턴(29a) 및 PETEOS 패턴(30a)이 형성된다.After the etching process as described above, the amorphous carbon layer pattern 29a and the PETEOS pattern 30a are formed.

도 2d에 도시된 바와 같이, 비정질카본층패턴(29a)을 하드마스크로 하여 BLC2(32) 형성을 위한 식각(자기정렬콘택식각)을 진행한다. 즉, 비정질카본층패턴(29a) 및 PETEOS 패턴(30a)을 식각배리어로 하여 주변영역의 제2층간절연막(28)과 제1층간절연막(26)을 식각하여 비트라인콘택홀 BLC2(32)를 형성한다. 이때, PETEOS 패턴(30a)은 산화막 물질이므로 층간절연막들을 식각할 때 동시에 식각되며, 따라서 실질적으로 BLC2(32) 형성시에 비정질카본층패턴(29a)이 하드마스크 역할을 한다.As shown in FIG. 2D, etching (self-aligned contact etching) for forming the BLC2 32 is performed using the amorphous carbon layer pattern 29a as a hard mask. That is, the bit line contact hole BLC2 32 is etched by etching the second interlayer dielectric layer 28 and the first interlayer dielectric layer 26 in the peripheral area using the amorphous carbon layer pattern 29a and the PETEOS pattern 30a as etch barriers. Form. In this case, since the PETEOS pattern 30a is an oxide material, the PETEOS pattern 30a is simultaneously etched when the interlayer insulating layers are etched. Therefore, the amorphous carbon layer pattern 29a serves as a hard mask when the BLC2 32 is formed.

상기 BLC2(32)는 주변회로지역에서 반도체기판(21) 및 게이트라인의 게이트 전극(23)의 표면을 개방시키는 형태로 형성된다. 이때, 게이트전극(23)의 표면이 개방되기 위해서는 제2층간절연막(28), 게이트하드마스크질화막(24)을 식각하고, 반도체기판(21)의 표면을 개방시키기 위해서는 제2층간절연막(28)과 제1층간절연막(26)을 식각한다.The BLC2 32 is formed to open the surfaces of the semiconductor substrate 21 and the gate electrode 23 of the gate line in the peripheral circuit region. In this case, the second interlayer insulating film 28 and the gate hard mask nitride film 24 are etched to open the surface of the gate electrode 23, and the second interlayer insulating film 28 to open the surface of the semiconductor substrate 21. And the first interlayer insulating film 26 are etched.

그리고, BLC2(32) 형성을 위한 식각공정시 비정질카본층패턴(29a)에 대하여 적어도 10:1 이상의 충분한 선택비를 갖는 레시피를 설정하는데, 예컨대 식각가스로는 CF계열의 가스(예, CF4), O2, Ar, CHF계열의 가스(예, CHF3), CO 및 N2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나(둘 이상의 조합)의 케미스트리를 사용한다. 이상의 케미스트리는 자기정렬콘택식각에 사용되는 것이다.In addition, during the etching process for forming the BLC2 32, a recipe having a sufficient selectivity of at least 10: 1 is set for the amorphous carbon layer pattern 29a. For example, as an etching gas, CF gas (eg, CF 4 ) is used. A chemistry of at least one (combination of two or more) selected from the group consisting of, O 2 , Ar, CHF-based gas (eg CHF 3 ), CO and N 2 is used. The above chemistry is used for self-aligned contact etching.

도 2e에 도시된 바와 같이, 잔류하고 있는 비정질카본층패턴(29a)을 포함한 전면에 PETEOS(33)를 다시 증착한다. 따라서, PETEOS(33)는 BLC2(32)의 내부에도 형성되며, 특히 셀지역에서는 비정질카본층패턴(29a)과 PETEOS(33)의 적층구조가 형성되어 후속 BLC1 식각공정시 하드마스크로 사용할 수 있게 된다.As shown in FIG. 2E, the PETEOS 33 is again deposited on the entire surface including the remaining amorphous carbon layer pattern 29a. Therefore, the PETEOS 33 is also formed inside the BLC2 32, and in particular, in the cell region, the stacked structure of the amorphous carbon layer pattern 29a and the PETEOS 33 is formed so that it can be used as a hard mask during the subsequent BLC1 etching process. do.

다음으로, PETEOS(33) 상부에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 셀지역에 BLC1 마스크(34)를 형성한다. 이때, BLC1 마스크(34)로 사용된 감광막은 주변회로지역에서는 BLC2(32)의 내부를 채우는 형태로 잔류한다(도면부호 34a).Next, a photoresist film is applied on the PETEOS 33 and patterned by exposure and development to form a BLC1 mask 34 in the cell region. At this time, the photosensitive film used as the BLC1 mask 34 remains in the form of filling the inside of the BLC2 32 in the peripheral circuit region (reference numeral 34a).

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, BLC1 마스크(34)를 PETEOS(33)와 비정질카본층패턴(29a)을 식각한다. 이때, 비정질카본층패턴(29a) 식각시 BLC1 마스크(34)는 모두 소모되고, 따라서 PETEOS(33)가 비정질카본층패턴(29a) 식각시 하드 마스크로 사용된다. Subsequently, as shown in FIG. 2F, the PETLCOS 33 and the amorphous carbon layer pattern 29a are etched using the BLC1 mask 34. At this time, the BLC1 mask 34 is consumed when the amorphous carbon layer pattern 29a is etched, and thus the PETEOS 33 is used as a hard mask when etching the amorphous carbon layer pattern 29a.

위와 같은 식각공정 후에 셀지역에는 BLC1이 형성될 부분이 개방된 비정질카본층패턴(29b) 및 PETEOS 패턴(33a)이 형성된다. 그리고, 주변회로지역에는 BLC1 마스크로 사용된 감광막(34a)이 모두 제거되어 BLC2(32)의 내부는 PETEOS(33)가 채운 형태가 된다. 이처럼 감광막(34a)이 모두 제거되도록, 식각공정시 높은 압력( 700∼900mTorr의 압력)과 높은 유량(200∼400sccm)의 산소(O2)를 이용한다.After the etching process as described above, the amorphous carbon layer pattern 29b and the PETEOS pattern 33a in which the portion where the BLC1 is to be formed are opened are formed in the cell region. In the peripheral circuit area, all of the photosensitive film 34a used as the BLC1 mask is removed, and the inside of the BLC2 32 is filled with the PETEOS 33. In order to remove all of the photosensitive film 34a, oxygen (O 2 ) having a high pressure (700 to 900 mTorr) and a high flow rate (200 to 400 sccm) is used during the etching process.

결국, 후속 BLC1 형성을 위한 식각공정시에 주변회로지역은 PETEOS(33)가 식각으로부터 BLC2 및 BLC2 아래의 기판을 보호하게 된다.As a result, in the etching process for the subsequent BLC1 formation, the peripheral circuit area causes the PETEOS 33 to protect the substrates below BLC2 and BLC2 from etching.

도 2g에 도시된 바와 같이, 비정질카본층패턴(29b)을 하드마스크로 하여 BLC1 형성을 위한 식각(예컨대, 자기정렬콘택식각(SAC))을 진행한다. 즉, 비정질카본층패턴(29b) 및 PETEOS 패턴(33a)을 식각배리어로 하여 셀지역의 제2층간절연막(28)을 식각하여 랜딩플러그콘택(27)의 표면을 개방시키는 BLC1(35)를 형성한다. 이때, PETEOS 패턴(33a)은 산화막 물질이므로 제2층간절연막(28)을 식각할 때 동시에 식각되는데, 따라서 BLC1(35) 형성이 완료되는 시점에서 셀지역과 주변회로지역에는 PETEOS가 잔류하지 않아 별도로 PETEOS를 제거하기 위한 공정을 생략해도 된다. 그리고, BLC1(35) 형성이 완료되는 시점까지 PETEOS(33a)가 BLC2(32) 내부에 존재하므로 BLC2(32) 아래의 반도체기판(21)의 손실은 최소화된다. 이때, BLC1(35) 형성시 BLC2(32) 아래 기판손실은 200Å 미만의 타겟을 설정한다.As shown in FIG. 2G, etching (eg, self-aligned contact etching (SAC)) for forming BLC1 is performed using the amorphous carbon layer pattern 29b as a hard mask. That is, using the amorphous carbon layer pattern 29b and the PETEOS pattern 33a as an etching barrier, the second interlayer insulating film 28 in the cell region is etched to form the BLC1 35 for opening the surface of the landing plug contact 27. do. At this time, since the PETEOS pattern 33a is an oxide material, it is simultaneously etched when the second interlayer insulating film 28 is etched. Therefore, PETEOS does not remain in the cell region and the peripheral circuit region when the BLC1 35 is formed. The step for removing PETEOS may be omitted. In addition, since the PETEOS 33a is present in the BLC2 32 until the BLC1 35 is formed, the loss of the semiconductor substrate 21 under the BLC2 32 is minimized. At this time, when the BLC1 35 is formed, the substrate loss under the BLC2 32 sets a target of less than 200 GPa.

실질적으로 BLC1(35) 형성시에 비정질카본층패턴(29b)이 하드마스크 역할을 한다.When the BLC1 35 is formed, the amorphous carbon layer pattern 29b serves as a hard mask.

상기 BLC1(35)는 셀지역에서 랜딩플러그콘택(27)의 표면을 개방시키는 형태로 형성된다. 그리고, BLC1(35) 형성을 위한 식각공정시 비정질카본층패턴(29b)에 대하여 적어도 10:1 이상의 충분한 선택비를 갖는 레시피를 설정하는데, 예컨대 식각가스로는 CF계열의 가스(예, CF4), O2, Ar, CHF계열의 가스(예, CHF3), CO 및 N2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나(둘 이상의 조합)의 케미스트리를 사용한다.The BLC1 35 is formed to open the surface of the landing plug contact 27 in the cell region. In addition, during the etching process for forming the BLC1 35, a recipe having a sufficient selection ratio of at least 10: 1 or more is set for the amorphous carbon layer pattern 29b. For example, as an etching gas, CF gas (eg, CF 4 ) is used. A chemistry of at least one (combination of two or more) selected from the group consisting of, O 2 , Ar, CHF-based gas (eg CHF 3 ), CO and N 2 is used.

다음으로, 잔류하는 비정질카본층패턴(29b)을 제거한다. 이때, 비정질카본층패턴(29b)은 산소플라즈마를 이용한 스트립공정으로 제거한다.Next, the remaining amorphous carbon layer pattern 29b is removed. At this time, the amorphous carbon layer pattern 29b is removed by a strip process using oxygen plasma.

상술한 실시예에 따르면, 본 발명은 단일층의 비정질카본층을 이용하며, 추가적인 공정증가없이 BLC1,2 구조를 형성하므로 종래 감광막을 이용한 패터닝시 발생하는 감광막마진부족과 패턴일그러짐이 방지된다. 더불어, 본 발명은 단일층의 비정질카본층을 이용하여 BLC2 구조를 먼저 형성하고, BLC1 식각시 BLC2 아래의 기판손실을 최소화할 수 있다.According to the embodiment described above, the present invention uses an amorphous carbon layer of a single layer, and forms a BLC1, 2 structure without additional process increase, thereby preventing photoresist margins and pattern distortion generated during patterning using a conventional photosensitive film. In addition, the present invention can first form a BLC2 structure by using an amorphous carbon layer of a single layer, it is possible to minimize the substrate loss under the BLC2 during BLC1 etching.

한편, 비정질카본층을 식각하기 위한 하드마스크로는 PETEOS외에 다른 산화막 물질을 사용해도 된다.On the other hand, as a hard mask for etching the amorphous carbon layer, other oxide film materials other than PETEOS may be used.

또한, 본 발명은 비트라인콘택홀 외에 랜딩플러그콘택을 위한 콘택식각공정을 포함한 반도체소자 제조 공정 중의 모든 자기정렬콘택식각 공정에 적용이 가능 하다.In addition, the present invention can be applied to all the self-aligned contact etching process in the semiconductor device manufacturing process including the contact etching process for the landing plug contact in addition to the bit line contact hole.

또한, 높은 종횡비(High aspect ratio)을 갖는 깊은 콘택홀 식각시 비정질카본층을 하드마스크로 사용하는 모든 공정에 적용이 가능하다.In addition, it can be applied to all processes using an amorphous carbon layer as a hard mask during deep contact hole etching having a high aspect ratio.

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 비정질카본층과 PETEOS를 사용하므로써 감광막마진부족현상과 BLC1,2의 패턴일그러짐을 동시에 방지하여 반도체소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the amorphous carbon layer and PETEOS are used to prevent photoresist film shortage and pattern distortion of BLC1 and 2, thereby improving reliability of the semiconductor device.

Claims (7)

셀지역과 주변회로지역이 정의된 반도체기판 상부에 층간절연막을 형성하는 단계; 및Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, wherein the cell region and the peripheral circuit region are defined; And 비정질카본층패턴을 하드마스크로 사용한 식각 공정으로 상기 셀지역과 상기 주변회로지역에 순차적으로 비트라인콘택홀을 형성하는 단계Sequentially forming bit line contact holes in the cell region and the peripheral circuit region by an etching process using an amorphous carbon layer pattern as a hard mask 를 포함하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.Bit line contact hole forming method of a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비트라인콘택홀을 형성하는 단계는,Forming the bit line contact hole, 상기 층간절연막 상부에 비정질카본층패턴과 제1하드마스크패턴의 적층으로 된 제1층을 형성하는 단계;Forming a first layer of an amorphous carbon layer pattern and a first hard mask pattern on the interlayer insulating layer; 상기 제1층을 식각배리어로 상기 주변회로지역의 층간절연막을 식각하여 상기 주변회로지역에 비트라인콘택홀을 형성하는 단계;Forming a bit line contact hole in the peripheral circuit region by etching the interlayer insulating layer of the peripheral circuit region using the first layer as an etching barrier; 상기 주변회로지역에 형성된 비트라인콘택홀 내부를 채우는 제2하드마스크를 전면에 형성하는 단계;Forming a second hard mask on a front surface of the bit line contact hole formed in the peripheral circuit area; 상기 제2하드마스크 상부에 감광막을 도포하여 상기 셀지역에 비트라인콘택홀을 형성하기 위한 감광막마스크를 형성하는 단계;Forming a photoresist mask for forming a bit line contact hole in the cell region by applying a photoresist film on the second hard mask; 상기 감광막마스크를 식각배리어로 상기 비정질카본층패턴과 제2하드마스크 를 패터닝하여 상기 셀지역 상부에 상기 비정질카본층패턴과 제2하드마스크패턴의 적층으로 된 제2층을 형성하는 단계; 및Patterning the amorphous carbon layer pattern and the second hard mask using the photoresist mask as an etch barrier to form a second layer of the amorphous carbon layer pattern and the second hard mask pattern on the cell region; And 상기 제2층을 식각배리어로 상기 셀지역의 층간절연막을 식각하여 상기 셀지역에 비트라인콘택홀을 형성하는 단계Forming a bit line contact hole in the cell region by etching the interlayer insulating layer of the cell region using the second layer as an etching barrier 를 포함하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.Bit line contact hole forming method of a semiconductor device comprising a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 및 제2하드마스크패턴은 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.And the first and second hard mask patterns are formed of an oxide film. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1 및 제2하드마스크패턴은 PETEOS로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.And the first and second hard mask patterns are formed of PETEOS. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 셀지역과 주변회로지역에 비트라인콘택홀을 형성하는 단계는,Forming a bit line contact hole in the cell region and the peripheral circuit region, 상기 비정질카본층패턴에 대해 적어도 10:1 이상의 선택비를 갖는 레시피를 사용하여 식각을 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.And etching using a recipe having a selectivity of at least 10: 1 with respect to the amorphous carbon layer pattern. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 레시피에서 식각가스는, Etching gas in the recipe, CF계열의 가스, O2, Ar, CHF계열의 가스 CO 및 N2 로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 케미스트리를 사용하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.A method of forming a bit line contact hole in a semiconductor device using at least one chemistry selected from the group consisting of CF gas, O 2 , Ar, CHF gas CO and N 2 . 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2층을 형성하는 단계는,Forming the second layer, 상기 비정질카본층패턴 식각시 상기 감광막마스크가 모두 제거되도록 적어도 700∼900mTorr의 높은 압력과 적어도 200∼400sccm의 높은 유량의 산소(O2)를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 비트라인콘택홀 형성 방법.When the amorphous carbon layer and a pattern etching method to form the bit line contact hole of a semiconductor device characterized by using an oxygen (O 2) of the high flow rate of the high pressure and at least at least 200~400sccm 700~900mTorr such that remove all the photoresist mask .
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