JP4243099B2 - Method for forming metal wiring of semiconductor element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に係り、特にデュアルダマシン工程による半導体素子の金属配線形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の集積度が増加するにつれて多層配線構造を有する金属配線層が必要になり、また半導体素子内で金属配線間の間隔が漸次狭まるようになった。これにより、同一層上で相互に隣接した金属配線層間または上下に隣接した各配線層間に存在する寄生抵抗R及びキャパシタンスC成分の影響が最も重要な問題になった。
【0003】
金属配線システムで寄生抵抗及びキャパシタンス成分は、RCにより誘導される遅延によって素子の電気的性能を劣化させる。また、配線層間に存在する寄生抵抗及びキャパシタンス成分はチップの総電力消耗量を増やして信号漏れ量を増やす。
【0004】
したがって、超高集積半導体素子においてRCが小さな多層配線技術を開発することが非常に重要な問題である。
【0005】
RCが小さな高性能の多層配線構造を形成するためには比抵抗の低い金属を用いて配線層を形成したり誘電率が低い絶縁膜を用いたりする必要がある。
【0006】
金属配線層における抵抗を低めるために、金属配線層を形成する金属材料として比抵抗の低い金属、例えば銅を用いる研究が現在活発に進められている。
【0007】
銅配線は写真エッチング技術によって直接パターニングして得ることはむずかしい。したがって、銅配線を形成するためにデュアルダマシン工程を主に利用している。
【0008】
図1ないし図5は、従来の一例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【0009】
図1を参照すると、所定の導電層102が形成された半導体基板100上にストッパー膜104を形成する。
【0010】
続いて、ストッパー膜104上に層間絶縁膜106を形成する。
【0011】
次に、層間絶縁膜106上に第1幅W1を有して層間絶縁膜106の上面を一部露出させる第1開口部H1を備えた第1フォトレジストパターン108を形成する。すなわち、層間絶縁膜106上にフォトレジストを塗布した後、前記フォトレジストを露光及び現像して第1フォトレジストパターン108を形成する。
【0012】
図2を参照すると、第1フォトレジストパターン108をエッチングマスクとして層間絶縁膜106をエッチングする。前記エッチングはストッパー膜104が露出されるまで実施する。前記エッチングによって層間絶縁膜106aに第1幅W1を有するビアホール110が形成される。
【0013】
次に、第1フォトレジストパターン108を除去する。第1フォトレジストパターン108は通常の方法、例えばアッシング工程を利用して除去できる。
【0014】
図3を参照すると、ビアホール110が形成されている層間絶縁膜106a上に前記第1幅W1より大きな第2幅W2を有して層間絶縁膜106aを一部露出させる第2開口部H2を備えた第2フォトレジストパターン112を形成する。第2開口部H2の位置はビアホール110の位置に対応されるように形成する。
【0015】
図4を参照すると、第2フォトレジストパターン112をエッチングマスクとして前記層間絶縁膜106aを乾式エッチングする。前記エッチングによって、層間絶縁膜106b内に第2幅W2を有する配線領域114が形成されるようになり、配線領域114の下部には導電層102と配線領域114を連結するための第1幅W1を有するビアホール110aが形成される。しかし、前記エッチングの間にビアホール(110;図3参照)を通して露出されているストッパー膜104も共にエッチングされて導電層102が外部に露出されうる。層間絶縁膜106bはストッパー膜104aに対するエッチング選択比の大きな物質を用いるが、前記層間絶縁膜106aのエッチング時にビアホール(110;図3参照)を通して露出されているストッパー膜104も所定速度でエッチングされる。したがって、層間絶縁膜106bのエッチングが完了された後には露出されているストッパー膜104が完全にエッチングされて導電層102がエッチング雰囲気に露出される場合も生じうる。導電層102、例えば銅配線層がエッチング雰囲気に露出されると側壁を沿ってハードポリマー(図示せず)が形成されるようになるが、前記ハードポリマーはその除去が容易でないという短所がある。このような現像はエッチングしなければならない層間絶縁膜106aの深さが深くて、ストッパー膜104aの厚さが薄くて、層間絶縁膜106bに対するストッパー膜104aのエッチング選択比が小さいほどより一層深刻である。
【0016】
図5を参照すると、第2フォトレジストパターン112を、アッシング工程を利用して除去する。前記アッシング工程は酸素系プラズマを用いる。したがって、第2フォトレジストパターン112除去工程の間、すなわちアッシング工程の間に露出されている導電層102が酸素と結合して金属酸化物層116が形成される。金属酸化物層116が形成されると、電気抵抗が急激に上昇するようになって、配線領域114及びビアホール110a内に導電物質が埋め込まれても金属配線(図示せず)と導電層102とが電気的に連結されずに浮き上がる現象、すなわちリフティング現象が生じる場合もある。また、配線領域114及びビアホール110aを形成した後で酸素系プラズマを用いる前記アッシング工程を進めるため、層間絶縁膜106bの表面に前記アッシング工程による損傷が生じる。すなわち、前記アッシング工程によりH2O、OH、CO2、H2などが誘起されて層間絶縁膜106bの表面に固着されるようになり、これは層間絶縁膜106bの誘電率を急激に上昇させる要因として作用する。
【0017】
図6ないし図9は、従来の他の例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【0018】
図6を参照すると、所定の導電層202が形成された半導体基板200上にストッパー膜204を形成する。
【0019】
続いて、ストッパー膜204上に層間絶縁膜206を形成する。
【0020】
次に、層間絶縁膜206上に第1幅W1を有して層間絶縁膜206の上面を一部露出させる第1開口部H1を備えた第1フォトレジストパターン208を形成する。すなわち、層間絶縁膜206上にフォトレジストを塗布した後、前記フォトレジストを露光及び現像して第1フォトレジストパターン208を形成する。
【0021】
図7を参照すると、第1フォトレジストパターン208をエッチングマスクとして一部の層間絶縁膜206をエッチングする。前記エッチングは層間絶縁膜206の一部のみをエッチングして所定厚さの層間絶縁膜206はエッチングしないで残す。前記エッチングによって層間絶縁膜206aに第1幅W1を有するパーシャルビアホール210が形成される。
【0022】
次に、第1フォトレジストパターン208を除去する。第1フォトレジストパターン108は通常の方法、例えばアッシング工程を利用して除去できる。
【0023】
図8Aを参照すると、パーシャルビアホール210が形成されている層間絶縁膜206a上に前記第1幅W1より大きな第2幅W2を有して層間絶縁膜206aを一部露出させる第2開口部H2を備えた第2フォトレジストパターン212を形成する。第2開口部H2の位置はパーシャルビアホール210の位置に対応されるように形成する。しかし、層間絶縁膜206a上に第2フォトレジストパターン212を形成する時、パーシャルビアホール210の底にフォトレジスト212が残留する場合がある。パーシャルビアホール212の底に残留されたフォトレジスト212は後続の層間絶縁膜206aエッチングに対するバリヤの役割を行って残っている残りの層間絶縁膜206aをエッチングする時にオープンされていないビアホールが形成されうる。これについての詳細な説明は後述する。
【0024】
一方、図8Bはミスアラインされている第2フォトレジストパターンの例を図示したものである。また、図示されていないが、図8Aを参照して説明したようにこの場合にもパーシャルビアホール210の底にフォトレジストが残留する場合もある。
【0025】
図9Aを参照すると、第2フォトレジストパターン212をエッチングマスクとして層間絶縁膜206aを乾式エッチングする。前記エッチングによって、層間絶縁膜206b内に第2幅W2を有する配線領域214が形成されるようになり、配線領域214の下部には導電層202と配線領域214を連結するための第1幅W1を有するビアホール210aが形成される。しかし、前記エッチングのあいだにパーシャルビアホール(210;図8A参照)の底に残留するフォトレジスト212は前記エッチングに対するバリヤの役割を行う。したがって、パーシャルビアホール(210;図8A参照)の下部に存在する層間絶縁膜206bはそれ以上エッチングされず、結局オープンされていないビアホール210aが生じる。
【0026】
一方、図9Bはミスアラインされている第2フォトレジストパターン212が形成された場合、ミスアラインされた第2フォトレジストパターン212をエッチングマスクとして層間絶縁膜206aをエッチングして配線領域214及びビアホール210aを形成した状態を図示したものである。図9Bに示したように、ミスアラインが発生した場合、ビアホール210aの幅は第1幅W1より狭まってビアホール210aのプロファイルが不良になる。また、図9Aを参照して説明したようにパーシャルビアホール(210;図8B参照)の底にフォトレジストが残留する場合にはオープンされないビアホール(図示せず)が形成される場合もある。
【0027】
図10Aは、未開放のビアホールを有した金属配線層の例を示したものである。図9Aと図10Aとを参照すると、第2フォトレジストパターン212を、アッシング工程を利用して除去する。前記アッシング工程中にビアホール(210a;図9A参照)内に残っているフォトレジスト212も共に除去される。しかし、前述したように、オープンされないビアホール210aが形成されて配線領域214と導電層202が連結されないようになる。また、配線領域214及びビアホール210aを形成した後で酸素系プラズマを用いる前記アッシング工程を進めるために、層間絶縁膜206bの表面に前記アッシング工程による損傷が生じる。すなわち、前記アッシング工程によりH2O、OH、CO2、H2などが誘起されて層間絶縁膜206bの表面に固着され、これは層間絶縁膜206bの誘電率を急激に上昇させる要因として作用する。
【0028】
一方、図10Bは第2フォトレジストパターン212のミスアラインが発生した場合、第2フォトレジストパターン212が除去された後の状態を図示したものである。図10Bに示したように、第1幅W1より小さな幅を有するビアホール210aが形成されてビアホール210aのプロファイルが不良になる。また、前述したように、パーシャルビアホール(210;図8B参照)の底にフォトレジストが残留する場合にはオープンされていないビアホール(図示せず)が形成されて配線領域214と導電層202とが連結されない場合もある。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記した従来技術における問題点を解決しようとするものであり、本発明が達成しようとする技術的課題は層間絶縁膜をエッチングして配線領域及びビアホールを形成する時にストッパー膜がエッチングされて導電層が外部に露出されることによって第2フォトレジストパターン除去工程で導電層の上部に金属酸化物層が形成される問題を防止でき、アッシング工程による損傷を防止でき、また第2フォトレジストパターンを形成する時にパーシャルビアホール内にフォトレジストが残留してビアホールがオープンされない問題を解決することができ、第2フォトレジストパターンのミスアラインが発生してもビアホールのプロファイル不良が発生することを防止できる半導体素子の金属配線形成方法を提供するところにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための第1及び第2実施例による半導体素子の金属配線形成方法は、半導体基板上に形成された導電層上にストッパー膜を形成する段階と、前記ストッパー膜上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜上にハードマスク層を形成する段階と、前記ハードマスク層上に前記導電層に対応させてビアホールを限定する第1幅の第1フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第1フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク層及び前記層間絶縁膜をエッチングして前記導電層上に形成されたストッパー膜の表面を露出させるビアホールを形成する段階と、前記第1フォトレジストパターンを除去する段階と、前記ビアホールを媒介物質で埋め込む段階と、前記ビアホールが媒介物質で埋め込まれた前記半導体基板上に前記第1幅より大きい第2幅を有する第2フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第2フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク層の一部をエッチングして前記ビアホールの少なくとも一部と重畳される配線領域を限定するパターンを形成する段階と、前記第2フォトレジストパターンおよび前記ビアホールから前記媒介物質を除去する段階と、前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記層間絶縁膜の一部をエッチングして配線領域を形成する段階と、前記ビアホール内に残留する前記ストッパー層を除去する段階と、前記ビアホール及び配線領域に導電物質を埋め込む段階と、を含み、前記各段階を記載された順序で実行する
【0031】
前記層間絶縁膜は、前記ストッパー膜上に第1層間絶縁膜、第2ストッパー膜及び第2層間絶縁膜が積層されたものであり、この際、前記配線領域を形成する段階では、前記第2ストッパー膜をエッチングストッパー層として前記第2層間絶縁膜をエッチングして形成しうる。
【0032】
前記ハードマスク層は、前記層間絶縁膜との高いエッチング選択比を有するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、ポリシリコン、金属酸化物、金属窒化物または金属のうち少なくとも1つよりなることが望ましく、前記媒介物質層は、前記層間絶縁膜エッチング選択比を有する炭素系有機物のBARC膜またはSOG膜よりなり、前記SOG膜は、前記層間絶縁膜及びエッチング選択比を有する無機物のHSQ膜、MSQ膜または多孔性SiO2膜で有り得る。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照しながら本発明による望ましい実施例を詳細に説明する。しかし、以下の実施例はこの技術分野で通常的な知識を有する者に本発明が十分に理解されるように提供されるものであって、多様な他の形態に変形でき、本発明の範囲が次に記述される実施例に限定されるものではない。以下の説明である層が他の層の上に存在すると記述される時、これは他の層の真上に存在する場合もあって、その間に第3の層が介在される場合もある。また、図面で各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張された。図面上で同一符号は同一な要素を指称する。
【0034】
<第1実施例>
図11ないし図17は、本発明の望ましい第1実施例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【0035】
図11を参照すると、所定の導電層702が形成された半導体基板700上にストッパー膜704を形成する。導電層702は半導体基板700に形成された不純物ドーピング領域、Cu配線層またはその他の金属配線層で有り得る。ストッパー膜704はその上部に形成される層間絶縁膜706との高いエッチング選択比を有する物質、例えばSi34またはSiCよりなることが望ましい。
【0036】
次いで、ストッパー膜704上に層間絶縁膜706を形成する。層間絶縁膜706は、例えばSiOC膜、多孔性SiO2膜、PSG(phosphorous silicate glass)膜、BPSG(boron phosphorous silicate glass)膜、USG(undoped silicate glass)膜、FSG(fluorine doped silicate glass)膜、HDP(high density plasma)膜、PE−TEOS(plasma enhanced−tetra ethylortho silicate)膜またはSOG(spin on glass)膜のような低誘電率を有する物質膜よりなることが望ましい。層間絶縁膜706はストッパー膜704との高いエッチング選択比を有する物質膜よりなる。
【0037】
次いで、層間絶縁膜706上にハードマスク層708を形成する。ハードマスク層708は層間絶縁膜706との高いエッチング選択比を有する物質、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコンカーバイド膜、ポリシリコン、酸化アルミニウムのような金属酸化物、TiNのような金属窒化物、アルミニウムまたはチタンなどの金属よりなることが望ましい。
【0038】
次いで、ハードマスク層708上に第1幅W1で前記導電層702に対応するビアホール(後述する)を限定するハードマスク層708の上面を一部露出させる第1開口部H1を有する第1フォトレジストパターン710を形成する。すなわち、ハードマスク層708上にフォトレジストを塗布した後、前記フォトレジストを露光及び現像して第1フォトレジストパターン710を形成する。
【0039】
図12を参照すれば、第1フォトレジストパターン710をエッチングマスクとしてハードマスク層708及び層間絶縁膜706をエッチングして前記ストッパー層704を露出させるビアホール712を形成する。
【0040】
次いで、第1フォトレジストパターン710を除去する。第1フォトレジストパターン710は通常の方法、例えばアッシング工程を用いて除去しうる。
【0041】
図13を参照すれば、ビアホール712が形成されている半導体基板700上に媒介物質層714を塗布してビアホール712を埋め込む。前記媒介物質層714は、ビアホール712内にのみ形成しても良く、ハードマスク層708a上にも所定高さだけ薄く形成しても良い。前記媒介物質層714は有機物質膜として炭素系有機物のBARC(Bottom Anti−Reflection Coating)膜で形成しうる。前記BARC膜は、スピンコーティング方法によって形成しうる。この際、スピンコータの回転数は1000〜5000rpm程度であることが望ましい。スピンコーティング方法で有機物質膜を塗布した後には100℃〜150℃程度の温度でベークを実施する。
【0042】
一方、前記媒介物質層714はSOG膜よりなりうる。前記SOG膜は、例えば無機物のHSQ(hydro silsesquioxane)膜、MSQ膜または多孔性SiO2膜であることが望ましい。
【0043】
図14を参照すれば、媒介物質層714が形成されている半導体基板700上に前記第1幅W1より大きい第2幅W2を有し、媒介物質層714を一部露出させる第2開口部H2を有する第2フォトレジストパターン716を形成する。第2開口部H2の位置はビアホール712の位置に対応するように形成し、ビアホール712の少なくとも一部と重畳させるべくその上部に第2開口部H2を位置させる。
【0044】
図15を参照すれば、第2フォトレジストパターン716をエッチングマスクとして層間絶縁膜706上部の媒介物質層714及びハードマスク層708aを乾式エッチングする。媒介物質層714が有機物質膜のBARC膜である場合、前記エッチングはO2を含むガスまたはN2及びH2を含むガスをエッチングガスとして使用する。あるいは、Cxy系ガスまたはCxyFz系ガスと、Arのような不活性ガス、及びCOまたはO2ガスを含むエッチングガスを使用しうる。この際、ビアホール712内の媒介物質層714も前記エッチング時にある程度はリセスされる。
【0045】
一方、前記媒介物質層714がSOG膜である場合、前記乾式エッチングはCxFy系ガスまたはCxHyFz系ガスと、Arのような不活性ガス、及びCO、CO2またはO2ガスを含むエッチングガスを使用する。前記乾式エッチングは5〜50mTorrの圧力で、1000〜5000W程度のパワーで1〜2分間実施することが望ましい。
【0046】
図16を参照すれば、第2フォトレジストパターン716を除去する。第2フォトレジストパターン716は通常の方法、例えばアッシング工程を用いて除去しうる。この際、媒介物質層714が有機物である場合、有機物質膜も共に除去される。すなわち、ハードマスク層708aの上部及びビアホール712内に存在する有機物質膜よりなる媒介物質層714も第2フォトレジストパターン716の除去工程、例えばアッシング工程で共に除去される。第2フォトレジストパターン716及び媒介物質層714が除去されれば、第2幅W2を有する開口部を有するハードマスク層708bが露出される。
【0047】
媒介物質層714がSOG膜である場合、ハードマスク層708bの上部及びビアホール712内に形成されたSOG膜を湿式エッチングして除去する。層間絶縁膜706に対するSOG膜のエッチング速度が速くてSOG膜だけを選択的に除去しうるエッチング液、例えばHF溶液を使用することが望ましい。HSQのようなSOG膜はHF溶液でエッチング速度が非常に速いが、一方、層間絶縁膜706、例えばSiOC膜はHF溶液ではほとんどエッチングされない。
【0048】
図17を参照すれば、ハードマスク層708bをエッチングマスクとして層間絶縁膜706を乾式エッチングして配線領域718及びビアホール712aを同時に形成する。すなわち、層間絶縁膜706内に第2幅W2を有する配線領域718を形成し、配線領域718の下部には前記第2幅W2より小さい第1幅を有するビアホール712aを形成する。一方、ハードマスク層708bをエッチングマスクとして使用するので、ハードマスク層708bは層間絶縁膜706がエッチングされる間に耐えられるほどに十分な厚さを有さねばならない。
【0049】
次いで、ビアホール712aを通じて露出されたストッパー膜704をエッチングして除去する。この際、ハードマスク層708bも共にエッチングして除去してもよく、あるいはハードマスク層708bを除去せず、そのまま残して後続工程を進行しても良い。
【0050】
次いで、ストッパー膜704が除去された半導体基板700上に段差に沿って障壁層(図示せず)及び導電層(図示せず)を形成した後、平坦化してデュアルダマシン構造の金属配線形成を完了する。
【0051】
<第2実施例>
図18ないし図24は、本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順によって示す断面図である。第1実施例と比較すると、第1実施例の層間絶縁膜706の代りに第1層間絶縁膜805、第2ストッパー膜806及び第2層間絶縁膜807を使用する点を除いては同一である。
【0052】
図18を参照すれば、所定の導電層802が形成された半導体基板800上に第1ストッパー膜804を形成する。次いで、第1ストッパー膜804上に第1層間絶縁膜805、第2ストッパー膜806及び第2層間絶縁膜807を順次に形成する。
【0053】
次いで、第2層間絶縁膜807上にハードマスク層808を形成する。ハードマスク層808は層間絶縁膜706との高いエッチング選択比を有する物質、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコンカーバイド膜、ポリシリコン、酸化アルミニウムのような金属酸化物、TiNのような金属窒化物、アルミニウムまたはチタンなどの金属よりなることが望ましい。
【0054】
次いで、ハードマスク層808上に第1幅W1で前記導電層802に対応するビアホール(後述する)を限定するハードマスク層808の上面を一部露出させる第1開口部H1を有する第1フォトレジストパターン810を形成する。
【0055】
図19を参照すれば、第1フォトレジストパターン810をエッチングマスクとしてハードマスク層808、第2層間絶縁膜807a、第2ストッパー膜806及び第1層間絶縁膜806を順次にエッチング条件を変更しつつエッチングして前記ストッパー層804を露出させるビアホール812を形成する。次いで、第1フォトレジストパターン810を除去する。
【0056】
図20を参照すれば、ビアホール812を媒介物質層814で埋め込む。前記媒介物質層814はビアホール812内にのみ形成しても良く、ハードマスク層808a上にも所定高さだけ薄く形成しても良い。前記媒介物質層814は前述した第1実施例のような有機物質膜として炭素系有機物のBARC(Bottom Anti−Reflection Coating)膜またはSOG膜よりなりうる。
【0057】
図21を参照すれば、媒介物質層814が形成されている半導体基板800上に前記第1幅W1より大きい第2幅W2を有し、媒介物質層814を一部露出させる第2開口部H2を有する第2フォトレジストパターン816を形成する。第2開口部H2の位置はビアホール812の位置に対応するように形成し、デュアルダマシン構造を形成するためにビアホール812の少なくとも一部と重畳されるようにその上部に第2開口部H2を位置させる。
【0058】
図22を参照すれば、第2フォトレジストパターン816をエッチングマスクとして媒介物質層814及びハードマスク層808bを乾式エッチングする。この際、ビアホール812内の媒介物質層814も前記エッチング時にある程度はリセスさせる。
【0059】
図23を参照すれば、第2フォトレジストパターン816を除去する。第2フォトレジストパターン816は通常の方法、例えばアッシング工程を用いて除去しうる。次いで、第1実施例のようにビアホール812内に残留する媒介物質層814を除去する。
【0060】
図24を参照すれば、ハードマスク層808bをエッチングマスクとして第2層間絶縁膜807bを第2ストッパー膜806が露出されるまで乾式エッチングして配線領域818を形成する。次いで、ビアホール812aを通じて露出された第1ストッパー膜804をエッチングして除去する。この際、ハードマスク層808bも共にエッチングして除去しても、あるいはハードマスク層808bを除去せずにそのまま残して後続工程を進行しても良い。
【0061】
次いで、第1実施例と同様に第1ストッパー膜804が除去された半導体基板800上に段差に沿って障壁層(図示せず)及び導電層(図示せず)を形成した後、平坦化してデュアルダマシン構造の金属配線形成を完了する。
【0062】
以上、本発明の望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって多様な変形が可能である。
【0063】
【発明の効果】
本発明による半導体素子の金属配線形成方法によると、層間絶縁膜(または第2層間絶縁膜及び第1層間絶縁膜)をエッチングして配線領域及びビアホールを形成する時にストッパー膜(または第1ストッパー膜)がエッチングされて導電層が外部に露出される心配なく、したがって、第2フォトレジストパターン除去工程で導電層の上部に金属酸化物層が形成された従来のような問題は発生しない。
【0064】
また、本発明はパーシャルビアホールを形成した後で第2フォトレジストパターンを形成する前にパーシャルビアホールを有機物または無機物で埋め込むために、第2フォトレジストパターンを形成する時にパーシャルビアホールの底にフォトレジストが残留してビアホールがオープンされない従来のような問題は発生しない。
【0065】
また、本発明はパーシャルビアホールを形成した後で第2フォトレジストパターンを形成する前にパーシャルビアホールを有機物または無機物で埋め込むために、第2フォトレジストパターンのミスアラインが発生しても従来のようなビアホールのプロファイル不良は発生しない。
【0066】
更に、本発明は第2フォトレジストパターンを除去した後でハードマスク層をエッチングマスクとして配線領域及びビアホールを形成するために従来のような層間絶縁膜の表面にあらわれるアッシング工程による損傷を受けない。また、本発明の第1及び第2実施例のように媒介物質層を用いてフルビアホールを適用しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図2】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図3】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図4】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図5】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図6】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図7】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図8】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図9】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図10】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断面図である。
【図11】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図12】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図13】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図14】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図15】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図16】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図17】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図18】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図19】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図20】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図21】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図22】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図23】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図24】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【符号の説明】
104,204,704 ストッパー膜
804 第1ストッパー膜
806 第2ストッパー膜
106,206,706 層間絶縁膜
805 第1層間絶縁膜
807 第2層間絶縁膜
110,210 パーシャルビアホール
110a,210a,712,812 ビアホール
114,214,718,818 配線領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a metal wiring of a semiconductor device by a dual damascene process.
[0002]
[Prior art]
As the degree of integration of semiconductor elements increases, a metal wiring layer having a multilayer wiring structure is required, and the interval between the metal wirings in the semiconductor element gradually decreases. As a result, the influence of the parasitic resistance R and the capacitance C component existing between the metal wiring layers adjacent to each other on the same layer or between the wiring layers adjacent to each other up and down has become the most important problem.
[0003]
Parasitic resistance and capacitance components in metal wiring systems degrade the electrical performance of the device due to RC induced delays. Further, parasitic resistance and capacitance components existing between the wiring layers increase the total power consumption of the chip and increase the amount of signal leakage.
[0004]
Therefore, it is a very important problem to develop a multilayer wiring technique with a small RC in the ultra-highly integrated semiconductor device.
[0005]
In order to form a high-performance multilayer wiring structure having a small RC, it is necessary to form a wiring layer using a metal having a low specific resistance or to use an insulating film having a low dielectric constant.
[0006]
In order to reduce the resistance in the metal wiring layer, researches using a metal having a low specific resistance, for example, copper, as a metal material for forming the metal wiring layer are being actively conducted.
[0007]
It is difficult to obtain a copper wiring by direct patterning using a photo etching technique. Therefore, the dual damascene process is mainly used to form the copper wiring.
[0008]
1 to 5 are cross-sectional views illustrating a conventional method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to a process sequence.
[0009]
Referring to FIG. 1, a stopper film 104 is formed on a semiconductor substrate 100 on which a predetermined conductive layer 102 is formed.
[0010]
Subsequently, an interlayer insulating film 106 is formed on the stopper film 104.
[0011]
Next, a first photoresist pattern 108 having a first width W1 and having a first opening H1 exposing a part of the upper surface of the interlayer insulating film 106 is formed on the interlayer insulating film 106. That is, after applying a photoresist on the interlayer insulating film 106, the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern 108.
[0012]
Referring to FIG. 2, the interlayer insulating film 106 is etched using the first photoresist pattern 108 as an etching mask. The etching is performed until the stopper film 104 is exposed. By the etching, a via hole 110 having a first width W1 is formed in the interlayer insulating film 106a.
[0013]
Next, the first photoresist pattern 108 is removed. The first photoresist pattern 108 can be removed using an ordinary method, for example, an ashing process.
[0014]
Referring to FIG. 3, a second opening H2 having a second width W2 larger than the first width W1 and partially exposing the interlayer insulating film 106a is provided on the interlayer insulating film 106a in which the via hole 110 is formed. A second photoresist pattern 112 is formed. The position of the second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the via hole 110.
[0015]
Referring to FIG. 4, the interlayer insulating layer 106a is dry-etched using the second photoresist pattern 112 as an etching mask. By the etching, a wiring region 114 having a second width W2 is formed in the interlayer insulating film 106b, and a first width W1 for connecting the conductive layer 102 and the wiring region 114 is formed below the wiring region 114. A via hole 110a having the structure is formed. However, the stopper film 104 exposed through the via hole (110; see FIG. 3) during the etching may also be etched to expose the conductive layer 102 to the outside. The interlayer insulating film 106b uses a material having a high etching selectivity with respect to the stopper film 104a. However, the stopper film 104 exposed through the via hole (110; see FIG. 3) is also etched at a predetermined speed when the interlayer insulating film 106a is etched. . Therefore, after the etching of the interlayer insulating film 106b is completed, the exposed stopper film 104 may be completely etched and the conductive layer 102 may be exposed to the etching atmosphere. When the conductive layer 102, for example, a copper wiring layer, is exposed to an etching atmosphere, a hard polymer (not shown) is formed along the side wall. However, the hard polymer has a disadvantage that it is not easy to remove. Such development becomes more serious as the depth of the interlayer insulating film 106a to be etched is deeper, the thickness of the stopper film 104a is thinner, and the etching selectivity of the stopper film 104a to the interlayer insulating film 106b is smaller. is there.
[0016]
Referring to FIG. 5, the second photoresist pattern 112 is removed using an ashing process. The ashing process uses oxygen-based plasma. Accordingly, the conductive layer 102 exposed during the second photoresist pattern 112 removal process, that is, the ashing process, is combined with oxygen to form the metal oxide layer 116. When the metal oxide layer 116 is formed, the electric resistance rapidly increases, and even if a conductive material is embedded in the wiring region 114 and the via hole 110a, the metal wiring (not shown), the conductive layer 102, May be lifted up without being electrically connected, that is, a lifting phenomenon may occur. Further, since the ashing process using oxygen-based plasma is performed after the wiring region 114 and the via hole 110a are formed, the surface of the interlayer insulating film 106b is damaged by the ashing process. That is, the ashing process causes H 2 O, OH, CO 2 , H 2 Are induced and fixed to the surface of the interlayer insulating film 106b, and this acts as a factor for rapidly increasing the dielectric constant of the interlayer insulating film 106b.
[0017]
6 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
[0018]
Referring to FIG. 6, a stopper film 204 is formed on a semiconductor substrate 200 on which a predetermined conductive layer 202 is formed.
[0019]
Subsequently, an interlayer insulating film 206 is formed on the stopper film 204.
[0020]
Next, a first photoresist pattern 208 having a first width W1 having a first width H1 and exposing a part of the upper surface of the interlayer insulating film 206 is formed on the interlayer insulating film 206. That is, after applying a photoresist on the interlayer insulating film 206, the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern 208.
[0021]
Referring to FIG. 7, a portion of the interlayer insulating film 206 is etched using the first photoresist pattern 208 as an etching mask. In the etching, only a part of the interlayer insulating film 206 is etched, and the interlayer insulating film 206 having a predetermined thickness is left without being etched. The partial via hole 210 having the first width W1 is formed in the interlayer insulating film 206a by the etching.
[0022]
Next, the first photoresist pattern 208 is removed. The first photoresist pattern 108 can be removed using an ordinary method, for example, an ashing process.
[0023]
Referring to FIG. 8A, a second opening H2 having a second width W2 larger than the first width W1 and partially exposing the interlayer insulating film 206a is formed on the interlayer insulating film 206a in which the partial via hole 210 is formed. The provided second photoresist pattern 212 is formed. The position of the second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the partial via hole 210. However, when the second photoresist pattern 212 is formed on the interlayer insulating film 206a, the photoresist 212 may remain at the bottom of the partial via hole 210 in some cases. The photoresist 212 remaining at the bottom of the partial via hole 212 may serve as a barrier for the subsequent etching of the interlayer insulating film 206a to form a via hole that is not opened when the remaining interlayer insulating film 206a is etched. A detailed description thereof will be described later.
[0024]
On the other hand, FIG. 8B illustrates an example of a second photoresist pattern that is misaligned. Although not shown in the drawing, as described with reference to FIG. 8A, the photoresist may remain on the bottom of the partial via hole 210 in this case as well.
[0025]
Referring to FIG. 9A, the interlayer insulating layer 206a is dry-etched using the second photoresist pattern 212 as an etching mask. By the etching, a wiring region 214 having a second width W2 is formed in the interlayer insulating film 206b, and a first width W1 for connecting the conductive layer 202 and the wiring region 214 is formed below the wiring region 214. A via hole 210a is formed. However, the photoresist 212 remaining at the bottom of the partial via hole (210; see FIG. 8A) during the etching acts as a barrier to the etching. Therefore, the interlayer insulating film 206b existing below the partial via hole (210; see FIG. 8A) is not etched any more, resulting in an unopened via hole 210a.
[0026]
On the other hand, FIG. 9B shows that when the misaligned second photoresist pattern 212 is formed, the interlayer insulating film 206a is etched using the misaligned second photoresist pattern 212 as an etching mask to form the wiring region 214 and the via hole 210a. This state is illustrated. As shown in FIG. 9B, when misalignment occurs, the width of the via hole 210a is narrower than the first width W1, and the profile of the via hole 210a becomes defective. Further, as described with reference to FIG. 9A, a via hole (not shown) that is not opened may be formed when photoresist remains at the bottom of the partial via hole (210; see FIG. 8B).
[0027]
FIG. 10A shows an example of a metal wiring layer having an unopened via hole. Referring to FIGS. 9A and 10A, the second photoresist pattern 212 is removed using an ashing process. The photoresist 212 remaining in the via hole (210a; see FIG. 9A) during the ashing process is also removed. However, as described above, the via hole 210a that is not opened is formed and the wiring region 214 and the conductive layer 202 are not connected. Further, since the ashing process using oxygen-based plasma is performed after the wiring region 214 and the via hole 210a are formed, the surface of the interlayer insulating film 206b is damaged by the ashing process. That is, the ashing process causes H 2 O, OH, CO 2 , H 2 Are induced and fixed to the surface of the interlayer insulating film 206b, which acts as a factor for rapidly increasing the dielectric constant of the interlayer insulating film 206b.
[0028]
On the other hand, FIG. 10B illustrates a state after the second photoresist pattern 212 is removed when a misalignment of the second photoresist pattern 212 occurs. As shown in FIG. 10B, the via hole 210a having a width smaller than the first width W1 is formed, resulting in a poor profile of the via hole 210a. As described above, when photoresist remains at the bottom of the partial via hole (210; see FIG. 8B), a via hole (not shown) that is not opened is formed, and the wiring region 214 and the conductive layer 202 are formed. It may not be connected.
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is intended to solve the above-described problems in the prior art, and the technical problem to be achieved by the present invention is that the stopper film is etched when the wiring layer and the via hole are formed by etching the interlayer insulating film. By exposing the conductive layer to the outside, it is possible to prevent a problem that a metal oxide layer is formed on the conductive layer in the second photoresist pattern removing process, and to prevent damage due to the ashing process. It is possible to solve the problem that the photoresist remains in the partial via hole when the pattern is formed and the via hole is not opened, and it is possible to prevent the profile defect of the via hole from occurring even if the second photoresist pattern is misaligned. A method for forming a metal wiring of a semiconductor device is provided.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
A method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to the first and second embodiments for achieving the technical problem includes a step of forming a stopper film on a conductive layer formed on a semiconductor substrate, and a method of forming a stopper film on the stopper film. A step of forming an interlayer insulating film; a step of forming a hard mask layer on the interlayer insulating film; and a first photoresist pattern having a first width defining a via hole corresponding to the conductive layer on the hard mask layer Forming a via hole that exposes the surface of the stopper film formed on the conductive layer by etching the hard mask layer and the interlayer insulating film using the first photoresist pattern as an etching mask. Removing the first photoresist pattern; filling the via hole with a mediator; and Forming a second photoresist pattern having a second width greater than the first width on the embedded semiconductor substrate; and etching a portion of the hard mask layer using the second photoresist pattern as an etching mask. Forming a pattern defining a wiring region overlapping at least a part of the via hole, removing the mediator from the second photoresist pattern and the via hole, and using the hard mask pattern as an etching mask Etching a part of the interlayer insulating film to form a wiring region; removing the stopper layer remaining in the via hole; and embedding a conductive material in the via hole and the wiring region. And execute the steps in the order listed .
[0031]
The interlayer insulating film is formed by laminating a first interlayer insulating film, a second stopper film, and a second interlayer insulating film on the stopper film. At this time, in the step of forming the wiring region, the second insulating film The second interlayer insulating film may be etched by using the stopper film as an etching stopper layer.
[0032]
The hard mask layer is made of at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, polysilicon, a metal oxide, a metal nitride, or a metal having a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating film. Preferably, the mediator layer is the interlayer insulating film. , It is made of a carbon-based organic BARC film or SOG film having an etching selectivity, and the SOG film is an inorganic HSQ film, MSQ film or porous SiO having an etching selectivity. 2 Can be a membrane.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are provided so that those skilled in the art can fully understand the present invention, and can be modified in various other forms. Is not limited to the examples described below. In the following description, when a layer is described as being on top of another layer, it may be directly on top of the other layer, with a third layer interposed therebetween. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience of explanation and clarity. The same reference numerals refer to the same elements in the drawings.
[0034]
<First embodiment>
11 to 17 are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
[0035]
Referring to FIG. 11, a stopper film 704 is formed on a semiconductor substrate 700 on which a predetermined conductive layer 702 is formed. The conductive layer 702 may be an impurity doping region, a Cu wiring layer, or other metal wiring layer formed in the semiconductor substrate 700. The stopper film 704 is a material having a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 706 formed thereon, for example, Si. Three N Four Or it is desirable to consist of SiC.
[0036]
Next, an interlayer insulating film 706 is formed over the stopper film 704. The interlayer insulating film 706 is, for example, a SiOC film or porous SiO. 2 Membrane, PSG (phosphorous silicate glass) membrane, BPSG (boron phosphorous silicate glass) membrane, USG (undoped silicate glass) membrane, FSG (fluorinated doped silicate m s, PE layer, hde PE sigmite, DP h membrane, DP h membrane PE layer It is desirable to use a material film having a low dielectric constant such as a -tetraethyl silicate (SOE) film or a SOG (spin on glass) film. The interlayer insulating film 706 is made of a material film having a high etching selectivity with respect to the stopper film 704.
[0037]
Next, a hard mask layer 708 is formed over the interlayer insulating film 706. The hard mask layer 708 is a material having a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 706, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon carbide film, a metal oxide such as polysilicon or aluminum oxide, or a metal nitride such as TiN. It is desirable to be made of a metal such as aluminum or titanium.
[0038]
Next, a first photoresist having a first opening H1 exposing a part of the upper surface of the hard mask layer 708 defining a via hole (described later) having a first width W1 and corresponding to the conductive layer 702 on the hard mask layer 708. A pattern 710 is formed. That is, after applying a photoresist on the hard mask layer 708, the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern 710.
[0039]
Referring to FIG. 12, the hard mask layer 708 and the interlayer insulating layer 706 are etched using the first photoresist pattern 710 as an etching mask to form a via hole 712 exposing the stopper layer 704.
[0040]
Next, the first photoresist pattern 710 is removed. The first photoresist pattern 710 may be removed using a normal method, for example, an ashing process.
[0041]
Referring to FIG. 13, a mediator material layer 714 is applied on the semiconductor substrate 700 in which the via hole 712 is formed to fill the via hole 712. The mediator material layer 714 may be formed only in the via hole 712, or may be formed thin on the hard mask layer 708a by a predetermined height. The intermediary material layer 714 may be formed of a carbon-based organic anti-reflection coating (BARC) film as an organic material film. The BARC film can be formed by a spin coating method. At this time, it is desirable that the rotation speed of the spin coater is about 1000 to 5000 rpm. After the organic material film is applied by the spin coating method, baking is performed at a temperature of about 100 ° C. to 150 ° C.
[0042]
Meanwhile, the mediator layer 714 may be an SOG film. The SOG film may be, for example, an inorganic HSQ (hydrosilsesquioxane) film, MSQ film, or porous SiO 2 A membrane is desirable.
[0043]
Referring to FIG. 14, a second opening H2 having a second width W2 larger than the first width W1 and partially exposing the mediator material layer 714 on the semiconductor substrate 700 on which the mediator material layer 714 is formed. A second photoresist pattern 716 is formed. The position of the second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the via hole 712, and the second opening H2 is positioned above the via hole 712 so as to overlap with at least a part of the via hole 712.
[0044]
Referring to FIG. 15, the intermediate material layer 714 and the hard mask layer 708a over the interlayer insulating layer 706 are dry-etched using the second photoresist pattern 716 as an etching mask. If the mediator layer 714 is an organic material BARC film, the etching may be 2 Containing N or N 2 And H 2 A gas containing is used as an etching gas. Or C x F y Gas or C x H y Fz-based gas, inert gas such as Ar, and CO or O 2 An etching gas containing a gas may be used. At this time, the intermediate material layer 714 in the via hole 712 is also recessed to some extent during the etching.
[0045]
On the other hand, when the mediator layer 714 is an SOG film, the dry etching is performed using CxFy gas or CxHyFz gas, an inert gas such as Ar, and CO, CO. 2 Or O 2 An etching gas containing a gas is used. The dry etching is preferably performed at a pressure of 5 to 50 mTorr and a power of 1000 to 5000 W for 1 to 2 minutes.
[0046]
Referring to FIG. 16, the second photoresist pattern 716 is removed. The second photoresist pattern 716 can be removed using a conventional method, for example, an ashing process. At this time, if the mediator layer 714 is organic, the organic material film is also removed. That is, the mediator material layer 714 made of an organic material film present on the upper portion of the hard mask layer 708a and in the via hole 712 is also removed in the removal process of the second photoresist pattern 716, for example, an ashing process. If the second photoresist pattern 716 and the mediator layer 714 are removed, the hard mask layer 708b having an opening having the second width W2 is exposed.
[0047]
In the case where the mediator layer 714 is an SOG film, the SOG film formed in the upper portion of the hard mask layer 708b and in the via hole 712 is removed by wet etching. It is desirable to use an etching solution, such as an HF solution, that can etch the SOG film with respect to the interlayer insulating film 706 at a high speed and can selectively remove only the SOG film. An SOG film such as HSQ has a very high etching rate with an HF solution, whereas an interlayer insulating film 706, eg, a SiOC film, is hardly etched with an HF solution.
[0048]
Referring to FIG. 17, the interlayer insulating film 706 is dry-etched using the hard mask layer 708b as an etching mask to simultaneously form a wiring region 718 and a via hole 712a. That is, a wiring region 718 having a second width W2 is formed in the interlayer insulating film 706, and a via hole 712a having a first width smaller than the second width W2 is formed below the wiring region 718. On the other hand, since the hard mask layer 708b is used as an etching mask, the hard mask layer 708b must have a sufficient thickness to withstand while the interlayer insulating film 706 is etched.
[0049]
Next, the stopper film 704 exposed through the via hole 712a is removed by etching. At this time, the hard mask layer 708b may also be removed by etching, or the hard mask layer 708b may be left as it is and a subsequent process may be performed.
[0050]
Next, a barrier layer (not shown) and a conductive layer (not shown) are formed along the step on the semiconductor substrate 700 from which the stopper film 704 has been removed, and then planarized to complete the formation of metal wiring having a dual damascene structure. To do.
[0051]
<Second embodiment>
18 to 24 are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in order of processes. Compared to the first embodiment, the second embodiment is the same as the first embodiment except that a first interlayer insulating film 805, a second stopper film 806, and a second interlayer insulating film 807 are used instead of the interlayer insulating film 706 of the first embodiment. .
[0052]
Referring to FIG. 18, a first stopper film 804 is formed on a semiconductor substrate 800 on which a predetermined conductive layer 802 is formed. Next, a first interlayer insulating film 805, a second stopper film 806, and a second interlayer insulating film 807 are sequentially formed on the first stopper film 804.
[0053]
Next, a hard mask layer 808 is formed on the second interlayer insulating film 807. The hard mask layer 808 is a material having a high etching selectivity with respect to the interlayer insulating film 706, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon carbide film, a metal oxide such as polysilicon or aluminum oxide, or a metal nitride such as TiN. It is desirable to be made of a metal such as aluminum or titanium.
[0054]
Next, a first photoresist having a first opening H1 exposing a part of the upper surface of the hard mask layer 808 defining a via hole (described later) having a first width W1 and corresponding to the conductive layer 802 on the hard mask layer 808. A pattern 810 is formed.
[0055]
Referring to FIG. 19, the etching conditions of the hard mask layer 808, the second interlayer insulating film 807a, the second stopper film 806, and the first interlayer insulating film 806 are sequentially changed using the first photoresist pattern 810 as an etching mask. A via hole 812 that exposes the stopper layer 804 is formed by etching. Next, the first photoresist pattern 810 is removed.
[0056]
Referring to FIG. 20, the via hole 812 is filled with a mediator material layer 814. The mediator material layer 814 may be formed only in the via hole 812, or may be formed thin on the hard mask layer 808a by a predetermined height. The mediator material layer 814 may be a carbon-based organic anti-reflective coating (BARC) film or an SOG film as an organic material film as in the first embodiment.
[0057]
Referring to FIG. 21, a second opening H2 having a second width W2 larger than the first width W1 and partially exposing the mediator material layer 814 on the semiconductor substrate 800 on which the mediator material layer 814 is formed. A second photoresist pattern 816 is formed. The position of the second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the via hole 812, and the second opening H2 is positioned above the via hole 812 so as to overlap with at least part of the via hole 812 to form a dual damascene structure. Let
[0058]
Referring to FIG. 22, the intermediate material layer 814 and the hard mask layer 808b are dry-etched using the second photoresist pattern 816 as an etching mask. At this time, the intermediate material layer 814 in the via hole 812 is also recessed to some extent during the etching.
[0059]
Referring to FIG. 23, the second photoresist pattern 816 is removed. The second photoresist pattern 816 may be removed using a normal method such as an ashing process. Next, the mediator material layer 814 remaining in the via hole 812 is removed as in the first embodiment.
[0060]
Referring to FIG. 24, the wiring region 818 is formed by dry etching the second interlayer insulating film 807b until the second stopper film 806 is exposed using the hard mask layer 808b as an etching mask. Next, the first stopper film 804 exposed through the via hole 812a is removed by etching. At this time, both the hard mask layer 808b may be removed by etching, or the hard mask layer 808b may be left without being removed and the subsequent process may proceed.
[0061]
Next, as in the first embodiment, a barrier layer (not shown) and a conductive layer (not shown) are formed along the step on the semiconductor substrate 800 from which the first stopper film 804 has been removed, and then planarized. Complete metal wiring formation of dual damascene structure.
[0062]
The present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
[0063]
【The invention's effect】
According to the method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to the present invention, a stopper film (or a first stopper film) is formed when a wiring region and a via hole are formed by etching an interlayer insulating film (or a second interlayer insulating film and a first interlayer insulating film). ) Is etched and the conductive layer is not exposed to the outside. Therefore, the conventional problem that the metal oxide layer is formed on the conductive layer in the second photoresist pattern removing process does not occur.
[0064]
In addition, in the present invention, since the partial via hole is embedded with an organic or inorganic material after the partial via hole is formed and before the second photoresist pattern is formed, the photoresist is formed at the bottom of the partial via hole when the second photoresist pattern is formed. The conventional problem that the via hole is not left open does not occur.
[0065]
In addition, according to the present invention, since the partial via hole is filled with an organic material or an inorganic material after the partial via hole is formed and before the second photoresist pattern is formed, a conventional via hole is formed even if misalignment of the second photoresist pattern occurs. No profile failure occurs.
[0066]
Further, in the present invention, after the second photoresist pattern is removed, the hard mask layer is used as an etching mask to form a wiring region and a via hole, so that it is not damaged by the ashing process that appears on the surface of the interlayer insulating film as in the prior art. Further, as in the first and second embodiments of the present invention, a full via hole may be applied using a mediator layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in order of steps.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in the order of steps.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a conventional method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to a process sequence.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in the order of steps.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in the order of steps.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
[Explanation of symbols]
104,204,704 Stopper film
804 First stopper film
806 Second stopper film
106,206,706 Interlayer insulating film
805 First interlayer insulating film
807 Second interlayer insulating film
110,210 Partial beer hall
110a, 210a, 712, 812 Via hole
114, 214, 718, 818 Wiring area

Claims (9)

半導体基板上に形成された導電層上にストッパー膜を形成する段階と、
前記ストッパー膜上に層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜上にハードマスク層を形成する段階と、
前記ハードマスク層上に前記導電層に対応させてビアホールを限定する第1幅の第1フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第1フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク層及び前記層間絶縁膜をエッチングして前記導電層上に形成されたストッパー膜の表面を露出させるビアホールを形成する段階と、
前記第1フォトレジストパターンを除去する段階と、
前記ビアホールを媒介物質で埋め込む段階と、
前記ビアホールが媒介物質で埋め込まれた前記半導体基板上に前記第1幅より大きい第2幅を有する第2フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第2フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク層の一部をエッチングして前記ビアホールの少なくとも一部と重畳される配線領域を限定するパターンを形成する段階と、
前記第2フォトレジストパターンおよび前記ビアホールから前記媒介物質を除去する段階と、
前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前記層間絶縁膜の一部をエッチングして配線領域を形成する段階と、
前記ビアホール内に残留する前記ストッパー層を除去する段階と、
前記ビアホール及び配線領域に導電物質を埋め込む段階と、
を含み、前記各段階を記載された順序で実行することを特徴とする半導体素子の金属配線形成方法。
Forming a stopper film on the conductive layer formed on the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the stopper film;
Forming a hard mask layer on the interlayer insulating film;
Forming a first photoresist pattern having a first width on the hard mask layer to define a via hole corresponding to the conductive layer;
Etching the hard mask layer and the interlayer insulating film using the first photoresist pattern as an etching mask to form a via hole exposing a surface of a stopper film formed on the conductive layer;
Removing the first photoresist pattern;
Filling the via hole with a mediator;
Forming a second photoresist pattern having a second width greater than the first width on the semiconductor substrate in which the via hole is filled with a medium;
Etching a part of the hard mask layer using the second photoresist pattern as an etching mask to form a pattern defining a wiring region overlapping with at least a part of the via hole;
Removing the mediator from the second photoresist pattern and the via hole;
Etching a part of the interlayer insulating film using the hard mask pattern as an etching mask to form a wiring region;
Removing the stopper layer remaining in the via hole;
Burying a conductive material in the via hole and the wiring region;
Unrealized, the metal wiring formation method of a semiconductor device which is characterized in that performed in the order listed each stage.
前記層間絶縁膜は、前記ストッパー膜上に第1層間絶縁膜、第2ストッパー膜及び第2層間絶縁膜が積層されたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線形成方法。  2. The metal wiring of a semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is a laminate of a first interlayer insulating film, a second stopper film, and a second interlayer insulating film on the stopper film. Forming method. 前記配線領域を形成する段階は、前記第2ストッパー膜をエッチングストッパー層として前記第2層間絶縁膜をエッチングして形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体素子の金属配線形成方法。  3. The method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to claim 2, wherein the step of forming the wiring region is formed by etching the second interlayer insulating film using the second stopper film as an etching stopper layer. 前記ストッパー膜及び第2ストッパー膜は、前記層間絶縁膜とエッチング選択比を有するシリコン窒化膜またはシリコンカーバイド膜よりなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の金属配線形成方法。  3. The method as claimed in claim 1, wherein the stopper film and the second stopper film are made of a silicon nitride film or a silicon carbide film having an etching selectivity with respect to the interlayer insulating film. 前記層間絶縁膜は、SiOC膜、多孔性SiO膜、PSG膜、BPSG膜、USG膜、FSG膜、HDP膜、PE−TEOS膜またはSOG膜よりなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の金属配線形成方法。 3. The interlayer insulating film is made of an SiOC film, a porous SiO 2 film, a PSG film, a BPSG film, a USG film, an FSG film, an HDP film, a PE-TEOS film, or an SOG film. The metal wiring formation method of the semiconductor element of description. 前記ハードマスク層は、前記層間絶縁膜との高いエッチング選択比を有するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、ポリシリコン、金属酸化物、金属窒化物または金属のうち少なくとも1つよりなることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線形成方法。  The hard mask layer is made of at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, polysilicon, a metal oxide, a metal nitride, or a metal having a high etching selectivity with the interlayer insulating film. The method for forming a metal wiring of a semiconductor element according to claim 1. 前記媒介物質層は、前記層間絶縁膜エッチング選択比を有する炭素系有機物のBARC膜またはSOG膜よりなることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線形成方法。2. The method of claim 1, wherein the intermediate material layer is formed of the interlayer insulating film , a carbon-based organic BARC film having an etching selectivity , or an SOG film. 前記SOG膜は、前記層間絶縁膜エッチング選択比を有する無機物のHSQ膜、MSQ膜または多孔性SiO膜であることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の金属配線形成方法。8. The method according to claim 7, wherein the SOG film is the interlayer insulating film , an inorganic HSQ film having an etching selectivity, an MSQ film, or a porous SiO 2 film. 前記媒介物質は、前記ビアホールを埋め込むとともに前記ハードマスク層上へ所定高さだけ層状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線形成方法。The mediator substance, a metal wiring formation method of a semiconductor device according to claim 1, characterized in that it is formed by a layer a predetermined height to the via hole to embed Mutotomoni the hard mask layer.
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