KR100268709B1 - Method for manufacturing metal interconnection of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로서, 특히 식각 선택비를 갖는 절연막으로 이루어진 금속 식각 패턴을 정의한 후에 이 패턴을 이용하여 금속 배선 패터닝 공정을 실시하므로 금속 배선 패터닝 공정의 신뢰성을 높일 수 있는 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal wiring in a semiconductor device, and in particular, after defining a metal etching pattern made of an insulating film having an etching selectivity, the metal wiring patterning process is performed using the pattern, thereby increasing the reliability of the metal wiring patterning process. It is a skill.
반도체 장치의 금속 패터닝 형성 기술은 통상적으로 다음과 같은 제조 공정을 가진다. 이러한 종래 금속 배선 제조 방법의 예는 국내특허공개 97-18351에 기재되어 있다.The metal patterning formation technique of a semiconductor device typically has the following manufacturing process. An example of such a conventional metal wire manufacturing method is described in Korean Patent Publication No. 97-18351.
도 7a 및 도 7b는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 금속 배선 방법을 설명하기 위한 단면도이다.7A and 7B are cross-sectional views for explaining a metal wiring method of a semiconductor device according to the prior art.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 반도체 소자와 상부 구조물을 절연하기 위한 층간 절연막(10) 위에 Al 합금 등의 금속층(12)을 증착한다. 그 다음 금속층(12) 위에 사진 공정을 실시하여 포토레지스트를 1㎛이상의 두께로 도포하고, 스테퍼 또는 스케너를 이용하여 레티클에 빛을 조사하고, 이에 빛을 받는 부분과 받지 않는 부분의 노광 특성 차이를 이용하여 현상액을 뿌려주면 화학적 반응을 통해 양각성(positive) 포토레지스트 패턴(14)을 형성하게 된다.7A and 7B, a
이러한 포토레지스트 패턴(14)에 맞추어 아래 금속층(12)을 패터닝하여 금속 배선을 형성하게 되는데, 이때 주로 패터닝 공정은 플라즈마 건식식각을 이용하게 된다.The
그러나, 고직접화 반도체소자의 미세 금속 배선을 패터닝하기 위하여 포토레지스트 높이를 1.0㎛이상으로 두껍게 도포하던지 인라인(In-line) 스테퍼에서 0.4㎛ 정도 이하의 패턴, 및 긴 자외선에서 0.3㎛ 이하의 패턴을 형성하게 될 경우 이후 금속 식각 공정시 포토레지스트의 카본이 잔여되어 금속 배선 측면에 카본 폴리머가 쌓이게 된다. 이로 인해, 아래 도 8a 및 도 8b의 도면 부호 12''와 같이 금속 배선 패턴에 푸팅(footing) 또는 경사가 발생하게 된다.However, in order to pattern the fine metal wiring of the high-facing semiconductor device, the photoresist height is thickly applied to 1.0 mu m or more, or about 0.4 mu m or less in an in-line stepper, and 0.3 mu m or less in long ultraviolet rays. In the case of forming a metal, the carbon of the photoresist remains during the metal etching process, so that the carbon polymer is accumulated on the metal wiring side. As a result, footing or inclination occurs in the metal wiring pattern as shown by reference numerals 12 '' of FIGS. 8A and 8B.
도 8a 및 도 8b는 통상의 금속 배선 방법에 의해 금속배선의 디자인룰이 불량한 상태를 나타낸 도면들로서, 푸팅 또는 경사가 발생된 금속 배선(12'')의 형태를 나타낸 것이다.8A and 8B are diagrams illustrating a state in which a design rule of a metal wiring is poor by a conventional metal wiring method, and shows a form of a
그러므로, 종래 기술은 고집적화 반도체소자에서 미세 금속 배선 패터닝시 금속 배선의 측면 디자인 룰이 불량하게 되어 다른 금속선 저항, 과도 에칭의 마진 저하 등 악영향을 끼치게 되므로 현재, 이를 개선하기 위한 새로운 금속 배선의 제조 공정이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, the conventional technology is that the side design rules of the metal wiring is poor when patterning the fine metal wiring in the highly integrated semiconductor device, which adversely affects other metal wire resistance, margin of over-etching, etc. This situation is required.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 음극성 포토리소그래피 공정으로 식각 선택비를 갖는 절연막으로 이루어진 금속 식각 패턴을 정의한 후에 이 패턴을 이용하여 금속 배선 패터닝 공정을 실시하므로 안정한 형태의 금속 배선 패턴을 확보할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to define a metal etching pattern consisting of an insulating film having an etch selectivity in the negative photolithography process in order to solve the problems of the prior art as described above and to perform a metal wiring patterning process using this pattern stable form The present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device that can secure a metal wiring pattern.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선 구조를 형성하기 위한 공정 순서도이다.1 to 6 are process flowcharts for forming a metal wiring structure of a semiconductor device according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 실리콘 기판10: silicon substrate
12 : 금속층12: metal layer
12' : 금속 배선12 ': metal wiring
14 : 음각 포토레지스트 패턴14: Engraved Photoresist Pattern
16 : TEOS막16: TEOS film
18 : SOG막18: SOG film
20 : 보호막20: protective film
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법은 반도체 소자와 상부 구조물을 절연하기 위한 층간 절연막 위에 금속층을 증착하는 단계; 상기 금속층위에 금속 배선층이 형성되지 않도록 음각 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함한 금속층 위에 식각 선택비가 다른 물질로 이루어진 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 표면이 노출되도록 상기 층간 절연막을 평탄화하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 잔여된 층간 절연막을 금속 식각용 패턴을 사용하여 금속층을 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계; 및 상기 금속 식각용 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a metal wiring forming method of a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of depositing a metal layer on an interlayer insulating film for insulating the semiconductor device and the upper structure; Forming a negative photoresist pattern such that a metal wiring layer is not formed on the metal layer; Forming an interlayer insulating layer formed of a material having a different etching selectivity on the metal layer including the photoresist pattern; Planarizing the interlayer insulating film to expose a surface of the photoresist pattern; Removing the photoresist pattern; Etching the metal layer using the remaining interlayer insulating layer to form a metal wiring; And removing the metal etching pattern.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄으로 형성하며, 상기 층간 절연막은 TEOS와 SOG를 순차적으로 적층하여 형성한다. 여기서 상기 층간 절연막의 식각공정은 TEOS와 SOG의 식각 선택비를 1:1의 조건으로 하는데, 이때 식각 공정은 CF4을60∼70sccm, O2를 20∼30 sccm, 90∼110mTorr의 반응 챔버내 압력, 90∼110Watts의 전력 세기 조건으로 진행한다.In the manufacturing method of the present invention, the metal layer is formed of aluminum, and the interlayer insulating film is formed by sequentially stacking TEOS and SOG. Here, the etching process of the interlayer insulating film has an etching selectivity ratio of TEOS and SOG of 1: 1, in which the etching process is performed in a reaction chamber of 60 to 70 sccm of CF 4 , 20 to 30 sccm of O 2 , and 90 to 110 mTorr. Pressure, power intensity conditions of 90-110 Watts.
또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 음각 포토레지스트 패턴은 0.5㎛ 이하로 형성한다.In addition, in the manufacturing method of the present invention, the negative photoresist pattern is formed to 0.5㎛ or less.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 금속층 식각 공정후 금속 배선 측면에는 식각 방지용막이 형성되어 있다.In the manufacturing method of the present invention, an etching preventing film is formed on the side surface of the metal wiring after the metal layer etching process.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 금속층 식각 공정은 Cl2를 60∼70sccm, BCl3를 30∼40sccm, O3를 30∼50sccm, 9∼11mTorr의 반응 챔버내 압력, 40∼60Watts의 고주파 바이어스 전력 세기의 조건으로 진행한다.In the manufacturing method of the present invention, the metal layer etching process is performed in the reaction chamber of Cl 2 60 to 70 sccm, BCl 3 30 to 40 sccm, O 3 30 to 50 sccm, 9 to 11 mTorr, 40 to 60 Watts high frequency bias power Proceed to the terms of strength.
본 발명은 금속층 식각 공정시 O2가스를사용하여 금속 배선에 보호막을 형성하므로써 식각용 마스크로 사용되는 산화막과 포토레지스트와의 선택비를 증가시켜 금속층 위에 형성되는 포토레지스트의 두께를 최소 두께, 즉 0.5㎛ 이하로 형성할 수 있다. 이로 인해 포토레지스트 근접 효과 또한 동시에 감소하기 때문에 조밀한 패턴 영역과 그렇지 않은 부분에서도 메탈라인의 임계 선폭 차이가 없어지게 되어 금속 배선 공정의 신뢰성을 높일 수 있다The present invention increases the selectivity between the oxide film used as an etching mask and the photoresist by forming a protective film on the metal wiring using O 2 gas during the metal layer etching process, thereby reducing the thickness of the photoresist formed on the metal layer to a minimum thickness. It can be formed in 0.5 micrometer or less. As a result, the proximity effect of the photoresist is also reduced, thereby eliminating the difference in the critical line width of the metal line even in the dense pattern area and the non-part area, thereby increasing the reliability of the metal wiring process.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선 구조를 형성하기 위한 공정 순서도이다.1 to 6 are process flowcharts for forming a metal wiring structure of a semiconductor device according to the present invention.
본 발명의 제조 공정은 도 1에 나타난 바와 같이 반도체 소자와 상부 구조물을 절연하기 위한 층간 절연막(10) 위에 Al 합금으로 이루어진 금속층(12)을 증착한다. 그 다음 금속층(12) 위에 금속 배선층이 형성되지 않도록 하기 위한 사진 공정을 실시하여 음각성 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다.In the manufacturing process of the present invention, as shown in FIG. 1, a
도 2에 나타난 바와 같이 포토레지스트 패턴(14)을 포함한 금속층(12) 전면에 층간 절연막을 형성한다. 이때, 층간 절연막은 식각 선택비가 다른 물질로서 500∼1000Å 두께의 TEOS막(16)과 그 위에 6000Å두께의 SOG막(18)을 증착한다. 그리고, CMP 공정으로 SOG막(18)의 표면을 평탄화한 후에 500℃에서 경화시킨다.As shown in FIG. 2, an interlayer insulating film is formed on the entire surface of the
그 다음 도 3에 나타나 바와 같이 층간 절연막을 이루는 SOG막(18)과 TEOS막(16)에 전면 식각 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(14)의 표면이 노출될 때까지 SOG막(18)과 TEOS막(16)을 식각한다. 이때, TEOS막(16)과 SOG막(18)은 식각 선택비를 1:1의 조건으로 하며, 더욱 상세하게는 CF4을60∼70sccm, O2를 20∼30 sccm, 90∼110mTorr의 반응 챔버내 압력, 90∼110Watts의 전력 세기로 식각 공정을 진행한다. 이로 인해 포토레지스트 패턴(14) 측면에는 층간 절연막(16',18')으로 이루어진 금속 마스크 패턴(17)이 형성된다.Then, as shown in FIG. 3, the entire surface etching process is performed on the
이어서 도4에 나타난 바와 같이 포토레지스트 패턴(14)을 제거하여 금속층(12) 표면을 개방하는 개구부(14')를 형성한다. 이 개구부(14')는 금속 배선이 형성될 부분이다.Next, as shown in FIG. 4, the
그리고, 도 5에 나타난 바와 같이 층간 절연막(16',18')으로 이루어진 금속 마스크 패턴(17)을 이용하여 하부의 금속층(12)을 선택 식각한다. 이때, 식각 마스크로 산화막을 사용하기 때문에 금속 배선 측면에 보호막으로서 카본 폴리머를 형성할 수 없다. 그러므로, 본 발명은 다음과 같은 식각 공정을 실시하는데, 이 식각 공정은 Cl2를 60∼70sccm, BCl3를 30∼40sccm, O3를 30∼50sccm, 9∼11mTorr의 반응 챔버내 압력, 40∼60Watts의 고주파 바이어스 전력 세기의 조건으로 한다. 이에 따라 식각 공정시 O3가스에 의해 금속 배선(12') 측면에 얇은 Al2O3으로 이루어진 보호막(20)을 형성한다.As shown in FIG. 5, the
계속해서 금속층(12) 식각 공정을 실시하여 상기 보호막(20)에 의해 금속 식각 마스크(17)에 셀프얼라인하는 금속 배선(12')을 형성한다. 그리고, 금속 식각 마스크(17)를 제거하면 도 6에 나타난 바와 같이 절연막(10) 위에는 금속 배선(12')만이 남겨진다.Subsequently, the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속 식각용 마스크 패턴을 포토레지스트로 직접 접촉시켜 패터닝하는 종래 기술 대신에 산화막으로 패턴을 형성하여 금속층 식각 공정시 포토레지스트의 카본이 잔여되지 않으므로 금속 배선 측면에 카본 폴리머가 쌓이지 않게 된다. 또한 금속층 식각 공정시 O2가스를사용하여 금속 배선에 보호막을 형성하므로써 식각용 마스크로 사용되는 산화막과 포토레지스트와의 선택비를 증가시켜 금속층 위에 형성되는 포토레지스트의 두께를 최소 두께, 즉 0.5㎛ 이하로 형성할 수 있다. 이로 인해 포토레지스트 근접 효과 또한 동시에 감소하기 때문에 조밀한 패턴 영역과 그렇지 않은 부분에서도 메탈라인의 임계 선폭 차이가 없어지게 되어 금속 배선 공정의 신뢰성을 높일 수 있다. 특히 금속 배선 공정이 많이 요구되는 비메모리 반도체 장치의 경우 사진 공정에서 I-Line 장비로 값비싼 자외선 장비를 대신할 수 있기 때문에 금속 식각시 과도 식각 또는 브릿지로 인한 수율 감소를 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, instead of the conventional technique of directly contacting and patterning a metal etching mask pattern with a photoresist, a pattern is formed of an oxide film so that carbon of the photoresist does not remain during the metal layer etching process. The polymer will not accumulate. In addition, by forming a protective film on the metal wiring by using O 2 gas during the metal layer etching process, the selectivity between the oxide film and the photoresist used as an etching mask is increased to minimize the thickness of the photoresist formed on the metal layer, that is, 0.5 μm. It can form below. As a result, the proximity effect of the photoresist is also reduced, thereby eliminating the difference in the critical line width of the metal line even in the dense pattern area and the non-part area, thereby increasing the reliability of the metal wiring process. In particular, non-memory semiconductor devices, which require a lot of metal wiring processes, can replace expensive ultraviolet equipment with I-Line equipment in the photolithography process, which can prevent a decrease in yield due to excessive etching or bridge during metal etching. have.
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