KR0141562B1 - Method of forming metal wiring in semiconductor device - Google Patents
Method of forming metal wiring in semiconductor deviceInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 다중 금속 배선을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로, 단차가 큰 금속 배선 상부에 형성되는 금속 층간 절연막 및 보호막의 평탄화 및 금속 배선의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 금속층 형성 후 소정의 식각 공정(자연산화막 제거, 1차 및 2차 식각 공정, 장벽 금속 제거, 잔류물 제거, 보호 공정)에 의해 포지티브 경사(positive slop)를 갖는 금속 배선을 형성하므로써 소자의 신뢰도가 증대될 수 있는 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a multi-metal interconnection in a semiconductor device manufacturing process. After forming a metal layer to planarize an interlayer insulating film and a protective film formed on a large interconnection and to improve electrical properties of the metal interconnection The reliability of the device can be increased by forming metal wires with positive slop by certain etching processes (natural oxide removal, primary and secondary etching processes, barrier metal removal, residue removal, and protection processes). The present invention relates to a method for forming a multi-metal wiring of a semiconductor device.
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A and 1B are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming a multi-metal wiring of a conventional semiconductor device.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.2A to 2C are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming a multi-metal wiring of a semiconductor device according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1:실리콘 기판 2:절연층1: Silicon substrate 2: Insulation layer
3, 3A:하부 금속 배선 4:제 1 IMO3, 3A: bottom metal wiring 4: 1st IMO
5:SOG막 6:제 2 IMO5: SOG film 6: second IMO
7, 7A:상부 금속 배선 8:제 1 보호막7, 7A: upper metal wiring 8: first protective film
9:제 2 보호막 10:몰딩막9: 2nd protective film 10: Molding film
11:O3-TEOS막 12:보이드11: O 3 -TEOS film 12: Void
본 발명은 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속층 형성 후 소정의 식각 공정에 의해 형성된 금속 배선이 포지티브 경사(positive slop)를 갖도록 하므로써 그 상부에 형성되는 금속층간 절연막 또는 보호막(passivation)의 평탄화(planarization) 및 금속 배선의 전기적 특성이 향상되어 소자의 신뢰성이 증대될 수 있는 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a multi-metal interconnection of a semiconductor device, and in particular, an intermetallic insulating film or passivation formed thereon by allowing a metal interconnection formed by a predetermined etching process after forming a metal layer to have a positive slop. The present invention relates to a method of forming a multi-metal interconnection of a semiconductor device in which the planarization of the ()) and the electrical characteristics of the metal interconnection are improved to increase the reliability of the device.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에서 금속 배선은 이중 또는 다중(Duoble 또는 Multi Level) 구조로 형성되며 소자의 집적도가 증가됨에 따라 금속배선 간의 단차(topology)가 심화된다. 또한 이웃하는 금속 배선간의 공간이 좁아지기 때문에 후속 금속층간 절연막 또는 보호막 형성시 스텝 커버리지(step coverage)가 열악해지고 표면 평탄화가 어려워진다. 이에 따라 금속층간 절연막 또는 보호막을 다층 구조로 형성하는데, 상기 금속층간 절연막 형성시 스텝 커버리지 및 표면 평탄화를 위하여 SOG막을 사용한다. 이SOG막은 수분을 다량 함유하고 있어 큐어링(curing) 공정시 수분(Moisture)의 방출로 인하여 금속 배선의 전기적 특성이 저하되고, 몰딩(Molding) 등의 공정 진행시 수분 침투 등으로 보이드(Void)가 발생된다. 또한, 후속 열처리 공정시 스트레스(Stress)로 인하여 크랙(Crack) 등이 발생되어 소자의 신뢰도가 저하된다.In general, in the manufacturing process of a semiconductor device, the metal wiring is formed in a double or multi level structure, and as the degree of integration of the device increases, the topology between the metal wirings increases. In addition, since the space between the adjacent metal wirings is narrowed, the step coverage becomes poor and the surface planarization becomes difficult at the time of forming the subsequent interlayer insulating film or the protective film. Accordingly, an intermetallic insulating film or a protective film is formed in a multi-layered structure. An SOG film is used for step coverage and surface planarization in forming the interlayer insulating film. This SOG film contains a large amount of moisture, and the electrical properties of the metal wiring are degraded due to the release of moisture during the curing process, and voids occur due to moisture infiltration during the molding process. Is generated. In addition, cracks are generated due to stress in the subsequent heat treatment process, thereby reducing the reliability of the device.
도 1a 및 도 1b는 종래 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming a multi-metal wire of a conventional semiconductor device.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 소자 내부 집적측이 형성되며 상부에 절연층(2)이 형성된 실리콘 기판(1) 상에 하부 금속층을 형성한 후 식각 공정을 통해 하부 금속 배선(3)을 형성한 다음, 제 1 금속층간 산화막(Inter-Metal Oxide; 이하 IMO라 함)(4)을 형성한다. 이후, SOG막(5)을 도포하고 큐어링하여 평탄화시킨 후 제 2 IMO(6)를 형성시키므로써 금속층간 절연막(4, 5 및 6)이 형성된다.First, as shown in FIG. 1A, a lower metal layer is formed on a silicon substrate 1 on which an integrated side of the device is formed and an insulating layer 2 is formed thereon, and then a lower metal wiring 3 is formed through an etching process. Next, a first inter-metal oxide (Inter-Metal Oxide) (hereinafter referred to as IMO) 4 is formed. Thereafter, the SOG film 5 is applied, cured, and planarized to form a second IMO 6, thereby forming intermetallic insulating films 4, 5, and 6.
이후, 도 1b에 도시된 바와 같이 그속층간 절연막(4, 5 및 6) 상부에 상부 금속층을 형성하고 식각 공정을 통해 상부 금속 배선(7)을 형성한 다음, 제 1 및 제 2 보호막(8, 9)을 순차적으로 형성한 후 픽스(Pix)를 사용하여 몰딩(Molding)막(10)을 형성시킨다. 이때, 상기 SOG막(5)의 큐어링시 수분이 방출되며 이로 인하여 상기 금속층간 절연막(4, 5 및 6) 및 상기 하부 및 상부 금속 배선(3, 7)의 질(Quility)이 저하되고 실리콘 기판쪽으로 수분이 확산되어 누설 전류(leakage current)가 발생된다. 또한 상기 몰딩막(10) 형성시 사이드 웰 스텝 커버리지(sidewell step coverage)의 불량으로 인한 B/I 테스트 결함 및 스트레스로 인한 크랙 등이 발생되며, 수분 침투 등으로 보이드(12)가 발생되어 소자의 신뢰도를 저하시키게 되는 문제점이 있다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, an upper metal layer is formed on the interlayer insulating layers 4, 5, and 6, and an upper metal wiring 7 is formed through an etching process, and then the first and second passivation layers 8, 9) are sequentially formed, and then a molding film 10 is formed using a fix. At this time, moisture is released during the curing of the SOG film 5, and as a result, the quality of the interlayer insulating films 4, 5, and 6 and the lower and upper metal wires 3 and 7 is reduced, and Moisture diffuses toward the substrate, resulting in leakage currents. In addition, when the molding layer 10 is formed, cracks due to B / I test defects and stress due to poor sidewell step coverage are generated, and voids 12 are generated due to moisture infiltration. There is a problem of lowering the reliability.
따라서, 본 발명은 금속층 형성 후 소정의 식각 공정에 의해 포지티브 경사(positive slop)를 갖는 금속 배선을 형성하므로써 상기한 문제점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a multi-metal wiring of a semiconductor device which can solve the above problems by forming a metal wiring having a positive slop by a predetermined etching process after forming a metal layer. .
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법은 소자 내부 집적층이 형성된 기판 상부에 형성된 절연층 상에 하부 금속 배선을 형성하는 단계와, 상기 하부 금속 배선 상부에 금속층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 금속층간 절연막 상부에 상부 금속 배선을 형성하는 단계와, 상기 상부 금속 배선 상부에 제 1 보호막, 제 2 보호막 및 몰딩막을 순차적으로 형성하는 단계로 이루어지는 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법에 있어서, 상기 하부 금속 배선 및 상부 금속 배선 각각의 형성 공정을, 금속층을 형성한 후 상기 금속층 상부의 자연 산화막을 제거하는 단계와, 상기 금속층을 반식각 공정을 이용하여 1차 식각하는 단계와, 상기 금속층을 식각 정지점 식각 공정을 이용하여 2차 식각하는 단계와, 상기 금속층에 남아 있는 잔류물을 과도 식각 공정으로 제거한 후 보호 공정으로 Cl2를 F로 치환하는 단계를 실시하여 상기 하부 금속 배선 및 상부 금속 배선이 포지티스 경사를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a multi-metal interconnection line of a semiconductor device, the method comprising: forming a lower metal interconnection on an insulating layer formed on an upper portion of a substrate on which an internal device integrated layer is formed; Forming an interlayer insulating film, forming an upper metal wiring on the metal interlayer insulating film, and sequentially forming a first passivation film, a second passivation film, and a molding film on the upper metal wiring. In the metal wiring forming method, the step of forming the lower metal wiring and the upper metal wiring, the step of removing the natural oxide film on the upper metal layer after forming the metal layer, and first etching the metal layer using a semi-etch process And second etching the metal layer using an etch stop etching process. The residue remaining in the metal layer is removed by an over-etching process, and then Cl 2 is replaced by F in a protective process, so that the lower metal wiring and the upper metal wiring have a positive slope.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다중 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views of devices for explaining a method of forming a multi-metal interconnection of a semiconductor device according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 소자 내부 집적층이 형성되며 상부에 절연층(2)이 형성된 실리콘 기판(1) 상에 Ti/TiN/Al 합금 등을 증착(Deposition)한 후 식각 공정을 통해 포지티브 경사(Positive slop)을 갖는 하부 금속 배선(3A)을 형성시킨다. 이때, 포지티브 경사를 갖는 하부 금속 배선(3A)을 형성하기 위한 공정은 다음과 같다.Referring to FIG. 2A, a Ti / TiN / Al alloy is deposited on a silicon substrate 1 having an integrated layer formed thereon and an insulating layer 2 formed thereon, and then positively inclined through an etching process. The bottom metal wiring 3A having a positive slop is formed. At this time, the process for forming the lower metal wiring 3A having a positive slope is as follows.
먼저, Ti/TiN/Al 합금 등을 증착하여 하부 금속층을 형성하고 하부 금속층 상부에 성장된 자연 산화막(Native Oxide)(도시되지 않음)을 약 25mTorr의 압력 및 약 -250VDC의 에너지로 140BCl3및 10Cl2의 에천트(Etchant)를 사용하여 약 2분 30초동안 제거하고, 약 30mTorr의 압력 및 약 -190VDC의 에너지로 150HCl3, 35Cl2및 15CHF3의 에천트를 사용하여 약 8분동안 반식각 (half etch) 공정을 진행하여 상기 하부 금속층을 1차 식각한다. 이후, 식각 정지점(etch end of point) 식각 방법을 이용하여 약 30mTorr의 압력 및 약 -150 VDC의 에너지로 150HCl3, 20Cl2및 30CHF3의 에천트를 사용하여 약 10분동안 2차 식각한 다음, 약 30mTorr의 압력 및 약 -250VDC의 에너지로 150BCl3, 20Cl2및 15CHF3의 에천트를 사용하여 약 8분동안 상기 식각 정지점의 장벽(Barrier) 금속을 제거하고, 약 80mTorr의 압력 및 약 160W의 에너지로 50CHF3및 50CF4의 에천트를 사용하여 약 10분동안 과도식각(Over Etch) 방법에 의해 잔류물(Residue)를 제거한다. 그리고 마지막으로 약 100mTorr의 압력 및 약 160W의 에너지로 50CHF3의 에천트를 사용하여 약 3 분동안 Cl2를 F로 치환하는 보호 공정(passivation step)을 진행한다.First, a Ti / TiN / Al alloy or the like is deposited to form a lower metal layer, and a native oxide (not shown) grown on top of the lower metal layer is 140BCl 3 and 10Cl at a pressure of about 25 mTorr and an energy of about -250 VDC. using an etchant (etchant) for 2 removed for about 2.5 minutes, and a pressure of about 30mTorr and about -190VDC of energy by using the etchant of 150HCl 3, 35Cl 2 and 3 15CHF bansik for about 8 minutes each The lower metal layer is first etched by performing a half etch process. Subsequently, secondary etching was performed for about 10 minutes using an etchant of 150HCl 3 , 20Cl 2 and 30CHF 3 at a pressure of about 30 mTorr and an energy of about -150 VDC using an etch end of point etching method. Next, the barrier metal of the etch stop is removed for about 8 minutes using an etchant of 150BCl 3 , 20Cl 2 and 15CHF 3 at a pressure of about 30 mTorr and an energy of about -250 VDC, and a pressure of about 80 mTorr and Residue is removed by an Over Etch method for about 10 minutes using an etchant of 50CHF 3 and 50CF 4 with an energy of about 160W. Finally, a passivation step of replacing Cl 2 with F for about 3 minutes using an etchant of 50CHF 3 at a pressure of about 100 mTorr and an energy of about 160 W is performed.
도 2b를 참조하면, 포지티브 경사를 갖는 하부 금속 배선(3A) 상부에 제 1 IMO(4)를 1000 내지 2000Å 두께로 형성하고 스텝 커버리지가 우수한 O3-TEOS막(11)을 3000 내지 6000Å 두께로 증착한다. 이후 제 2 IMO(6)를 1000 내지 300Å 두께로 형성시키므로써 금속층간 절연막(4,11 및 6)이 형성되며, 그 상부에 Ti/TiN/Al 합금 등을 증착한 후 식각 공정을 통해 포지티브 경사를 갖는 상부 금속 배선(7A)을 형성시킨다. 이때, 포지티브 경사를 갖는 상부 금속 배선(7A)을 형성하기 위한 공정은 다음과 같다. 먼저, Ti/TiN/Al 합금 등을 증착하여 상부 금속층을 형성하고, 상부 금속층(7A) 상부에 성장된 자연 산화막(Native Oxide)(도시되지 않음)을 약 25mTorr의 압력 및 약 -250VDC의 에너지로 140BCl3및 10Cl2의 에천트(Etchant)를 사용하여 약 2분 30초 동안 제거하고, 약 30mTorr의 압력 및 약 -190VDC의 에너지로 150HCl3, 35Cl2및 15CHF3의 에천트를 사용하여 약 8분동안 반식각(half etch)공정을 진행하여 상기 하부 금속층 1차 식각한다. 이후, 식각 정지점(etch end of point) 식각 방법을 이용하여 약 30mTorr의 압력 및 약 -150VDC의 에너지로 150HCl3, 20Cl2및 30CHF3의 에천트를 사용하여 약 10분동안 2차 식각한 다음, 약 30mTorr의 압력 및 약 -250VDC의 에너지로 150BCl3, 20Cl2및 15CHF3의 에천트를 사용하여 약 8분동안 상기 식각 정지점의 장벽(Barrier) 금속을 제거하고, 약 80mTorr의 압력 및 약 160W의 에너지로 50CHF3및 50CF4의 에천트를 사용하여 약 10분동안 과도식각(Over Etch) 방법에 의해 잔류물(Residue)을 제거한다. 그리고 마지막으로 약 100mTorr의 압력 및 약 160W의 에너지로 50CHF3의 에천트를 사용하여 약 3분동안 Cl2를 F로 치환하는 보호 공정(passivation step)을 진행한다.Referring to FIG. 2B, the first IMO 4 is formed on the lower metal wiring 3A having a positive slope to a thickness of 1000 to 2000 GPa, and the O 3 -TEOS film 11 having excellent step coverage is 3000 to 6000 GPa. Deposit. After the second IMO (6) is formed to a thickness of 1000 to 300Å, the interlayer insulating films 4, 11 and 6 are formed, and the Ti / TiN / Al alloy is deposited thereon, and then positively inclined through the etching process. An upper metal wiring 7A having a shape is formed. At this time, the process for forming the upper metal wiring 7A having the positive inclination is as follows. First, a Ti / TiN / Al alloy is deposited to form an upper metal layer, and a native oxide (not shown) grown on top of the upper metal layer 7A is applied at a pressure of about 25 mTorr and an energy of about -250 VDC. Remove for about 2 minutes 30 seconds using an etchant of 140BCl 3 and 10Cl 2 , and use an etchant of 150HCl 3 , 35Cl 2 and 15CHF 3 at a pressure of about 30 mTorr and an energy of about -190VDC. The lower metal layer is first etched through a half etch process for minutes. Subsequently, secondary etching was performed for about 10 minutes using an etchant of 150HCl 3 , 20Cl 2, and 30CHF 3 at a pressure of about 30 mTorr and an energy of about -150 VDC using an etch end of point etching method. Using an etchant of 150BCl 3 , 20Cl 2 and 15CHF 3 at a pressure of about 30 mTorr and an energy of about -250 VDC to remove the barrier metal of the etch stop for about 8 minutes, and a pressure of about 80 mTorr and about Residue is removed by an Over Etch method for about 10 minutes using an etchant of 50CHF 3 and 50CF 4 with 160 W of energy. Finally, a passivation step is performed to replace Cl 2 with F for about 3 minutes using an etchant of 50CHF 3 at a pressure of about 100 mTorr and an energy of about 160W.
도 2c는 도 2b의 상태에서 제 1 및 제 2 보호막(8, 9)을 순차적으로 형성시킨 후 픽스(pix)를 사용하여 몰딩막(10)을 형성하므로써 반도체 소자가 평탄하게 형성된 상태의 단면도이다. 이때, 제 1 보호막 (8)으로는 산화막(oxide)을, 제 2 보호막(9)으로는 질화막(nitride)을 증착한다.FIG. 2C is a cross-sectional view of the semiconductor device being formed flat by forming the molding film 10 using the pix after sequentially forming the first and second passivation films 8 and 9 in the state of FIG. 2B. . At this time, an oxide film is deposited on the first passivation film 8 and a nitride film is deposited on the second passivation film 9.
이러한 방법에 의하면 상부 및 하부 금속 배선(3A 및 7A)이 포지티브 경사를 갖기 때문에 그 상부에 증착되는 절연막 및 보호막의 스텝 커버리지가 향상되어 평탄화가 개선되고 SOG막을 사용하지 않으므로 수분의 방출이 없어 금속 배선의 고유 저항이 낮게 유지되어 소자의 신뢰성을 증대시킬 수 있다.According to this method, since the upper and lower metal wirings 3A and 7A have positive inclinations, the step coverage of the insulating film and the protective film deposited on the upper part is improved, the planarization is improved, and the SOG film is not used. The intrinsic resistance of is kept low to increase the reliability of the device.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 금속층 후 소정의 식각 공정에 의해 상기 금속 포지티브 경사(positive slop)를 갖도록 식각하므로써 금속층간 절연막 및 보호막의 평탄화 및 금속 배선의 전기적 특성을 향상되어 소자의 신뢰도가 증대될 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by etching to have the metal positive slop by a predetermined etching process after the metal layer, the planarization of the interlayer insulating film and the protective film and the electrical properties of the metal wiring are improved, thereby increasing the reliability of the device. There is an excellent effect that can be.
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KR1019940011481A KR0141562B1 (en) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | Method of forming metal wiring in semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100480230B1 (en) * | 1998-08-05 | 2005-07-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
-
1994
- 1994-05-26 KR KR1019940011481A patent/KR0141562B1/en not_active IP Right Cessation
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KR100480230B1 (en) * | 1998-08-05 | 2005-07-05 | 주식회사 하이닉스반도체 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
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