KR100347246B1 - Fabricating method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 비아콘택형성공정에서 실릴레이션 공정중에 형성된 실리콘산화막을 식각마스크로 사용하여 감광막과 저유전체막을 연속적으로 식각할 수 있고, 기존의 하드마스크를 사용하지 않기 때문에 공정의 단순화 및 원가절감할 수 있으며, 특히 금속층의 미세패턴형성공정에 실릴레이션공정을 적용하여 초점심도(depth of focus, DOF), EL(energy latitude) 등의 공정마진을 향상시키고, 감광막 패턴 하부의 단차에 영향받지 않고 패턴을 형성하여 공정을 안정화시키는 기술이다.The present invention relates to a method of fabricating a semiconductor device, by using a silicon oxide film formed during the silylation process in a via contact forming process as an etching mask, the photoresist film and the low dielectric film can be continuously etched, and a conventional hard mask is not used. Therefore, the process can be simplified and the cost can be reduced. In particular, the silicide process is applied to the fine pattern forming process of the metal layer to improve process margins such as depth of focus (DOF) and energy latitude (EL), and to form photoresist patterns. It is a technology that stabilizes the process by forming a pattern without being affected by the lower step.

Description

반도체소자의 제조방법{Fabricating method of semiconductor device}Fabrication method of semiconductor device

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 비아콘택 형성공정에서 실릴레이션공정을 적용하여 동일한 장비내에서 감광막 및 저유전체를 한번에 건식식각하여 비아콘택홀을 형성함으로써 공정을 단순하고 안정적으로 실시하기 위한 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, by applying a silylation process in a via contact forming process, a photoresist film and a low dielectric material are dry etched at the same time to form a via contact hole, thereby performing a simple and stable process. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

최근의 반도체 장치의 고집적화 추세는 미세 패턴 형성 기술의 발전에 큰 영향을 받고 있으며, 반도체 장치의 제조 공정 중에서 식각 또는 이온주입 공정 등의 마스크로 매우 폭 넓게 사용되는 감광막 패턴의 미세화가 필수 요건이다.The recent trend of high integration of semiconductor devices has been greatly influenced by the development of fine pattern formation technology, and the miniaturization of photoresist patterns, which are widely used as masks such as etching or ion implantation processes, are essential in the manufacturing process of semiconductor devices.

상기 감광막 패턴의 분해능(R)은 축소노광장치의 광원의 파장(λ) 및 공정 변수(k)에 비례하고, 노광 장치의 렌즈 구경(numerical aperture:NA, 개구수)에 반비례한다.The resolution R of the photoresist pattern is proportional to the wavelength λ of the light source of the reduction exposure apparatus and the process variable k, and inversely proportional to the lens aperture (NA, numerical aperture) of the exposure apparatus.

[R=k*λ/NA, R=해상도, λ=광원의 파장, NA=개구수][R = k * λ / NA, R = resolution, λ = wavelength of light source, NA = number of apertures]

여기서, 상기 축소노광장치의 광분해능을 향상시키기 위하여 광원의 파장을 감소시키게 되며, 예를 들어 파장이 436 및 365㎚인 G-라인 및 i-라인 축소노광장치는 공정 분해능이 각각 약 0.7, 0.5㎛ 정도가 한계이고, 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 형성하기 위해 파장이 작은 원자외선(deep ultra violet, 이하 DUV 라 함), 예를 들어 파장이 248㎚인 KrF 레이저나 193㎚인 ArF 레이저를 광원으로 사용하는 노광 장치를 이용하거나, 공정 상의 방법으로는 노광마스크를 위상 반전 마스크를 사용하는 방법과, 이미지 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 별도의 박막을 웨이퍼 상에 형성하는 씨.이.엘.(contrast enhancement layer: 이하 CEL이라 함) 방법이나 두층의 감광막 사이에 에스.오.지.(spin on glass: SOG) 등의 중간층을 개재시킨 삼층레지스트(Tri layer resist: 이하 TLR 라 함) 방법 또는 감광막의 상측에 선택적으로 실리콘을 주입시키는 실리레이션 방법 등이 개발되어 분해능 한계치를 낮추고 있다.Here, the wavelength of the light source is reduced in order to improve the optical resolution of the reduced exposure apparatus. For example, the G-line and i-line reduced exposure apparatus having wavelengths of 436 and 365 nm have a process resolution of about 0.7 and 0.5, respectively. In order to form a fine pattern of 0.5 μm or less, a wavelength of about 1 μm or less is used for deep ultra violet (hereinafter referred to as DUV), for example, a KrF laser having a wavelength of 248 nm or an ArF laser having 193 nm. The exposure apparatus used in the above, or in the process method, the exposure mask using a phase reversal mask, and the C. E. (contrast) for forming a separate thin film on the wafer to improve the image contrast enhancement layer (hereinafter referred to as CEL) method, or a tri-layer resist (hereinafter referred to as TLR) method or a photosensitive film interposed between two layers of photosensitive films such as spin on glass (SOG). It developed a method such as silica illustration of selectively implanting silicon in the upper side may lower the resolution limit.

일반적으로 반도체제조 공정의 리소그래피 공정은 노광마스크의 광차단막 패턴 밀도에 따라 이를 통과하는 빛의 회절 정도 및 근접 패턴을 통과한 빛과의 간섭 등에 의해 동일한 크기의 패턴에서도 실제 웨이퍼에 형성되는 패턴의 크기가 달라지는 현상이 발생한다. 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 반사방지막을 사용하고 있으며, 상기 반사방지막은 증착 조건 등의 방법에 의하여 굴절율(refractive index)의 실수(n) 및 허수(k), 반사율(reflectance, R) 등과 같은 광학 상수값을 얻을 수 있는 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride, SiOxNy) 막이 사용되고 있으며, 주로 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, 이하 PE-CVD 라 함)방법으로 형성한다.In general, the lithography process of the semiconductor manufacturing process is the size of the pattern formed on the actual wafer even in the same size pattern due to the diffraction degree of the light passing through it and the interference with the light passing through the proximity pattern according to the light blocking film pattern density of the exposure mask. The phenomenon occurs. In order to improve the above problems, an anti-reflection film is used, and the anti-reflection film has a real index (n), an imaginary number (k), and a reflectance (R) of the refractive index by a method such as deposition conditions. Silicon oxynitride (SiO x N y ) films which can obtain optical constant values are used, and are mainly formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (hereinafter referred to as PE-CVD).

또한, 소자가 고집적화 되어감에 따라 도전배선들의 직경은 작아지고, 높이가 증가하여 에스펙트비(aspect ratio)가 증가한다. 따라서, 식각마스크로 감광막만을 사용하여 도전배선들을 식각하기 위하여 상기 감광막을 점점 더 두껍게 형성해야 되기 때문에 하드마스크를 이용하여 식각공정을 실시하기도 한다.In addition, as the device becomes more integrated, the diameters of the conductive wires become smaller, and the height increases, thereby increasing the aspect ratio. Therefore, in order to etch the conductive wires using only the photoresist layer as an etching mask, the photoresist layer needs to be formed thicker and thicker, so that an etching process may be performed using a hard mask.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1c 는 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

소정의 하부구조물이 형성되어 있는 반도체기판(11) 상부에 층간절연막(13)을 형성하여 평탄화시킨다.An interlayer insulating film 13 is formed on the semiconductor substrate 11 on which a predetermined lower structure is formed and planarized.

그 다음, 상기 층간절연막(13) 상부에 텅스텐, 알루미늄 등의 금속배선(15)을 형성한다.Next, a metal wiring 15 such as tungsten or aluminum is formed on the interlayer insulating film 13.

다음, 상기 금속배선(15) 상부에 저유전체막(17) 및 하드마스크용 박막(19)을 형성한다. 상기 하드마스크용 박막(19)은 질화막과 같이 유전율이 높은 물질으로 형성된다. (도 1a 참조)Next, a low dielectric film 17 and a hard mask thin film 19 are formed on the metal wiring 15. The hard mask thin film 19 is formed of a material having a high dielectric constant such as a nitride film. (See Figure 1A)

그 다음, 상기 하드마스크용 박막(19) 상부에 콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 감광막 패턴(21)을 형성한다. (도 1b참조)Next, a photoresist pattern 21 is formed on the hard mask thin film 19 to expose a portion to be contacted. (See FIG. 1B)

다음, 상기 감광막 패턴(21)을 식각마스크로 사용하여 상기 하드마스크용 박막(19)을 식각하고, 상기 감광막 패턴(21)을 제거한다.Next, the thin film for hard mask 19 is etched using the photoresist pattern 21 as an etching mask, and the photoresist pattern 21 is removed.

그 다음, 상기 감광막 패턴(21)을 식각마스크로 사용하여 상기 저유전체막(17)을 식각하여 상기 금속배선(15)을 노출시키는 비아콘택홀을 형성한다.Next, the low dielectric layer 17 is etched using the photoresist pattern 21 as an etch mask to form a via contact hole exposing the metal line 15.

그 후, 전체표면 상부에 도전층을 형성하고, 전면식각 또는 CMP공정을 실시하여 상기 비아콘택홀을 매립하는 비아콘택(23)을 형성한다. (도 1c참조)Thereafter, a conductive layer is formed over the entire surface, and a via contact 23 filling the via contact hole is formed by performing an entire surface etching or CMP process. (See FIG. 1C)

상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법은, 하드마스크용 박막의 식각공정시 일정한 식각선택비를 확보하기 위하여 식각마스크로 사용되는 감광막을 두껍게 형성해야 하기 때문에 감광막의 소모량이 증가하게 되고, 상기 하드마스크용 박막을 패터닝하기 위하여 여러단계의 복잡한 공정을 실시해야 하기 때문에 많은 공정시간이 소요되어 시간당 처리량이 감소하게 된다. 또한, 하드마스크로 사용되는 질화막과 같은 박막은 높은 유전율로 인하여 금속배선 형성공정에서 디자인룰의 감소에도 불구하고 낮은 캐패시턴스를 얻을 수 없기 때문에 소자의 동작속도를 저하시키는 문제점이 있다.As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art, since the photoresist film used as an etching mask must be thickened in order to secure a constant etching selectivity during the etching process of the thin film for a hard mask, the consumption of the photoresist film is increased. In order to pattern the thin film for the hard mask, a complicated process of several steps must be performed, which requires a lot of processing time, thereby reducing the throughput per hour. In addition, a thin film such as a nitride film used as a hard mask has a problem of lowering the operation speed of the device because a low capacitance cannot be obtained in spite of a reduction in design rules in the metallization forming process due to high dielectric constant.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 하드마스크를 사용하지 않고, 실릴레이션공정을 적용하여 감광막의 표면에 실리콘산화막을 형성시킨 후 상기 실리콘산화막을 식각마스크로 사용하여 감광막과 감광막 하부의 저유전체막을 동일한 장비내에서 연속적으로 식각함으로써 공정을 단순화시키는 반도체소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems of the prior art, a silicon oxide film is formed on the surface of the photoresist film by applying a silylation process without using a hard mask, and then using the silicon oxide film as an etching mask. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that simplifies the process by continuously etching the low dielectric film in the same equipment.

도 1a 내지 도 1c 는 종래기술에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2c 는 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

11, 41 : 반도체기판 13, 43 : 층간절연막11, 41: semiconductor substrate 13, 43: interlayer insulating film

15, 45 : 금속배선 17, 47 : 저유전체막15, 45: metal wiring 17, 47: low dielectric film

19 : 하드마스크용 박막 21, 50 : 감광막 패턴48 : 저유전체막패턴 49 : 감광막19: thin film for hard mask 21, 50: photosensitive film pattern 48: low dielectric film pattern 49: photosensitive film

23, 57 : 비아콘택 51 : 노광마스크23, 57: via contact 51: exposure mask

55 : 실리콘산화막 53 : 실릴레이션된 감광막55 silicon oxide film 53 silylated photosensitive film

이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은,In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention,

소정의 하부구조물이 형성되어 있는 반도체기판 상부에 층간절연막을 형성하는 공정과,Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which a predetermined lower structure is formed;

상기 층간절연막 상부에 금속배선을 형성하는 공정과,Forming a metal wiring on the interlayer insulating film;

상기 금속배선 상부에 저유전체막과 실릴레이션용 감광막을 형성하는 공정과,Forming a low dielectric film and a silicide photosensitive film on the metal wiring;

비아콘택마스크를 노광마스크를 사용하여 상기 감광막의 표면을 노광시키는 공정과,Exposing a surface of the photosensitive film using a via contact mask using an exposure mask;

상기 감광막을 2단계로 건식현상하여 상기 감광막의 표면에서 비노광부를 실리콘산화막으로 변경시키는 실릴레이션공정과,A siliculation process of drying the photoresist in two steps to change the non-exposed portion into a silicon oxide film on the surface of the photoresist;

상기 실리콘산화막을 식각마스크로 사용하여 상기 감광막과 저유전체막을 식각하여 상기 금속배선을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And etching the photoresist film and the low dielectric film using the silicon oxide film as an etching mask to form a contact hole exposing the metal wiring.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 및 도 2c 는 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.2A and 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

먼저, 소정의 하부구조물이 형성되어 있는 반도체기판(41) 상부에 층간절연막(43)을 형성하여 평탄화시킨 다음, 상기 층간절연막(43) 상부에 금속배선(45)을 형성한다. 상기 금속배선(45)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 등의 금속박막으로 형성한다.First, an interlayer insulating layer 43 is formed on the semiconductor substrate 41 on which a predetermined lower structure is formed and planarized, and then a metal wiring 45 is formed on the interlayer insulating layer 43. The metal wire 45 is formed of a metal thin film such as tungsten (W) or aluminum (Al).

다음, 상기 금속배선(45) 상부에 저유전체막(47)을 다층으로 1000 ∼ 30000Å 두께 도포한다. 상기 저유전체막(47)은 폴리아릴렌 에테르계, 폴리이미드계, 폴리벤조씨크로부텐계 등의 유기저유전체막 또는 실세스퀴옥산계의 무기저유전체막 또는 실리콘을 함유하는 무기물질 또는 이들의 혼합물질으로 형성한다.Next, a low dielectric film 47 is applied on the metal wiring 45 in a multilayer of 1000 to 30000 Å thick. The low dielectric film 47 may be an organic low dielectric film such as polyarylene ether, polyimide or polybenzocyclobutene, or an inorganic low dielectric film or silsesquioxane-based inorganic material containing silicon or these It is formed into a mixture of

상기 저유전체막(47)중에서 유기저유전체막은 프로필렌 그라이콜, 디메칠에테르싸이크로헥사논, 이소부틸 메틸 케톤, 2-헵타논, 3-헵타논, 4-헵타논, 싸이크로 펜타논, 2-메틸싸이크로 펜타논, 3-메틸싸이크로 펜타논, 2-메틸싸이크로 헥사논, 3-메틸싸이크로 헥사논, 2,4-디메틸 펜타논 등의 케톤계 용매와 에틸 락테이트, 2-메톡시에틸 아세테이트 또는 통상적으로 사용되는 유기용매를 사용하여 형성한다.Among the low dielectric films 47, the organic low dielectric film is propylene glycol, dimethyl ether hexahexanone, isobutyl methyl ketone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, cyclopentanone, 2 Ketone solvents such as methylcyclopentanone, 3-methylcyclopentanone, 2-methylcyclohexanone, 3-methylcyclohexanone, and 2,4-dimethylpentanone and ethyl lactate, 2- It is formed using methoxyethyl acetate or a commonly used organic solvent.

그 다음, 상기 저유전체막(47)을 50 ∼ 600℃에서 30초 ∼ 120분간 큐어링(curing)하되, 상기 큐어링공정중에 상기 저유전체막(47)이 갈라지는 것을방지하기 위하여 2 ∼ 5회에 걸쳐서 공정온도인 600℃까지 단계적으로 승온시켜 큐어링공정을 실시한다.Then, the low dielectric film 47 is cured at 50 to 600 ° C. for 30 seconds to 120 minutes, and the low dielectric film 47 is prevented from splitting two to five times during the curing process. Curing process is performed by gradually raising the temperature to 600 ° C, the process temperature.

다음, 상기 저유전체막(47) 상부에 감광막(49)을 5000 ∼ 30000Å 두께로 도포한다.Next, a photosensitive film 49 is applied on the low dielectric film 47 to a thickness of 5000 to 30000 kPa.

그 다음, 상기 감광막(49)을 90 ∼ 180℃의 온도에서 30 ∼ 300초간 소프트베이크(soft bake)하여 상기 감광막(49) 내의 용매를 제거한다.Thereafter, the photosensitive film 49 is soft baked at a temperature of 90 to 180 ° C. for 30 to 300 seconds to remove the solvent in the photosensitive film 49.

다음, 상기 감광막(49)을 비아콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 비아콘택마스크를 노광마스크로 사용하여 노광시킨다. 상기 노광공정은 ArF, DUV, E-빔, 이온빔 또는 X-선을 광원으로 사용하여 실시된다. (도 2a참조)Next, the photoresist film 49 is exposed using a via contact mask that exposes a portion intended to be a via contact as an exposure mask. The exposure process is carried out using ArF, DUV, E-beam, ion beam or X-ray as the light source. (See Figure 2A)

그 다음, 노광된 상기 감광막(49)을 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake)한다.Next, the exposed photosensitive film 49 is presilylation bake.

다음, 상기 감광막(49)은 헥사메틸디실라잔, 테트라메틸디실라잔, 비스디메틸아미노 디메틸실란, 비스디메틸아미노 메틸실란, 디메틸실릴 디메틸아민, 디메틸실릴 디에틸아민, 트리메틸실릴 디메틸아민, 트리메틸실릴 디에틸아민, 디메틸아미노 펜타메틸디실란 등의 N-Si 결합을 갖는 실릴레이션 에이젼트를 사용하여 액상 또는 기상으로 실릴레이션한다. 상기 실릴레이션 공정은 90 ∼ 250℃에서 30 ∼ 300초간 실시한다.Next, the photosensitive film 49 is hexamethyldisilazane, tetramethyldisilazane, bisdimethylamino dimethylsilane, bisdimethylamino methylsilane, dimethylsilyl dimethylamine, dimethylsilyl diethylamine, trimethylsilyl dimethylamine, trimethylsilyl Silylation in the liquid phase or gas phase is carried out using a silylation agent having an N-Si bond such as diethylamine, dimethylamino pentamethyldisilane, or the like. The said silylation process is performed for 30 to 300 second at 90-250 degreeC.

그 다음, 상기 감광막(49)을 플루오린계, 염소계 및 산소계 가스를 포함하는 혼합가스를 사용한 1차건식현상하되, 상기 1차건식현상공정은 1 ∼ 100초간 실시한다.Thereafter, the photosensitive film 49 is subjected to primary dry development using a mixed gas containing fluorine-based, chlorine-based, and oxygen-based gases, and the primary dry developing step is performed for 1 to 100 seconds.

이어서, 상기 감광막(49)을 산소계, 이산화탄소계 가스를 포함하는 혼합가스를 사용한 2차건식현상공정을 10 ∼ 500초간 실시한다. 상기 2차건식현상공정은 10 ∼ 80% 과도식각공정으로 실시한다.Subsequently, the secondary dry development step using the mixed gas containing the oxygen-based and carbon dioxide-based gas is performed for the photosensitive film 49 for 10 to 500 seconds. The secondary dry development process is carried out in a 10 to 80% transient etching process.

상기 1차건식현상공정 및 2차건식현상공정으로 상기 감광막(49)의 비노광부가 실릴레이션되고, 상기 실릴레이션된 감광막(53)은 실리콘산화막(55)으로 변경된다.The non-exposed portion of the photosensitive film 49 is silized by the primary dry development process and the secondary dry development process, and the silylated photosensitive film 53 is changed to the silicon oxide film 55.

다음, 상기 실리콘산화막(55)을 식각마스크로 사용하여 상기 감광막(49)과 저유전체막(47)을 인시투(in-situ)로 식각하여 상기 금속배선(45)을 노출시키는 감광막패턴(50)과 저유전체막패턴(48)의 적층구조를 형성한다.Next, using the silicon oxide film 55 as an etching mask, the photosensitive film 49 and the low dielectric film 47 are etched in-situ to expose the metal wiring 45 to expose the photosensitive film pattern 50. ) And a low dielectric film pattern 48 are formed.

그 다음, 전체표면 상부에 금속층(도시안됨)을 형성한 다음, 상기 금속층을 전면식각 또는 화학적 기계적 연마공정으로 식각하여 상기 콘택홀을 매립하는 비아콘택(57)을 형성한다.Next, a metal layer (not shown) is formed over the entire surface, and then the metal layer is etched by a full surface etching or chemical mechanical polishing process to form a via contact 57 filling the contact hole.

한편, 상기와 같은 공정으로 라인/스페이스를 형성할 수도 있다.In addition, a line / space may be formed by the above process.

본 발명의 제1실시예로서, 금속배선 상에 폴리아릴렌 에테르계의 유기 저유전체를 5000Å 두께로 형성한 후, 400℃ 에서 60분간 큐어링한다. 그 후 이들 저유전체 상부에 실릴레이션용 포토레지스트를 7000Å의 두께로 도포한다. 그리고, 상기 실릴레이션용 포토레지스트를 130℃에서 90초간 소프트베이크한다.As a first embodiment of the present invention, after forming a polyarylene ether-based organic low dielectric on the metal wiring to a thickness of 5000 kPa, it is cured at 400 ℃ for 60 minutes. Thereafter, a silicication photoresist is applied on the low dielectrics to a thickness of 7000 kPa. Then, the silylation photoresist is softbaked at 130 ° C. for 90 seconds.

다음, 노광을 거쳐 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake)를 170℃에서 150초간 실시한다.Next, presilylation bake is performed at 170 ° C. for 150 seconds through exposure.

그 다음, 기상실릴레이션 에이젼트인 테트라메틸 디실라잔을 이용하여 포토레지스트의 상부층을 실릴레이션한다. 실릴레이션된 웨이퍼를 프로린계, 산소계 또는 염소계의 혼합가스를 사용하여 패터닝을 한 후, 이때, 형성된 실리콘산화막을 식각방지막으로 사용하여 같은 챔버내에서 하부의 유기 저유전체를 식각한다.Next, the upper layer of the photoresist is silylated using tetramethyl disilazane, which is a gas phase silylation agent. After the silylated wafer is patterned using a mixed gas of prorin, oxygen, or chlorine, at this time, the lower organic low dielectric is etched in the same chamber by using the formed silicon oxide film as an etch stop layer.

본 발명의 제2실시예로서, 금속배선 상에 폴리 실세스퀴옥산계의 무기 저유전체를 7000Å 두께로 형성한 후, 600℃ 에서 30분간 큐어링한다. 그 후 이들 저유전체 상부에 실릴레이션용 포토레지스트를 7000Å의 두께로 도포한다. 그리고, 상기 실릴레이션용 포토레지스트를 130℃에서 90초간 소프트베이크한다.As a second embodiment of the present invention, an inorganic low dielectric of polysilsesquioxane type is formed on the metal wiring to a thickness of 7000 kPa, and then cured at 600 ° C for 30 minutes. Thereafter, a silicication photoresist is applied on the low dielectrics to a thickness of 7000 kPa. Then, the silylation photoresist is softbaked at 130 ° C. for 90 seconds.

다음, 노광을 거쳐 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake)를 170℃에서 150초간 실시한다.Next, presilylation bake is performed at 170 ° C. for 150 seconds through exposure.

그 다음, 기상실릴레이션 에이젼트인 테트라메틸 디실라잔을 이용하여 포토레지스트의 상부층을 실릴레이션한다. 실릴레이션된 웨이퍼를 프로린계, 산소계 또는 염소계의 혼합가스를 사용하여 패터닝을 한 후, 이때, 형성된 실리콘산화막을 식각방지막으로 사용하여 같은 챔버내에서 하부의 유기 저유전체를 식각한다.Next, the upper layer of the photoresist is silylated using tetramethyl disilazane, which is a gas phase silylation agent. After the silylated wafer is patterned using a mixed gas of prorin, oxygen, or chlorine, at this time, the lower organic low dielectric is etched in the same chamber by using the formed silicon oxide film as an etch stop layer.

본 발명의 제3실시예로서, 금속배선 상에 폴리 이미드계의 유기 저유전체를 5000Å 두께로 형성한 후, 450℃ 에서 60분간 큐어링한다. 그 후 이들 저유전체 상부에 실릴레이션용 포토레지스트를 7000Å의 두께로 도포한다. 그리고, 상기 실릴레이션용 포토레지스트를 130℃에서 90초간 소프트베이크한다.As a third embodiment of the present invention, after forming a polyimide-based organic low-k dielectric with a thickness of 5000 kPa on a metal wiring, curing is performed at 450 ° C. for 60 minutes. Thereafter, a silicication photoresist is applied on the low dielectrics to a thickness of 7000 kPa. Then, the silylation photoresist is softbaked at 130 ° C. for 90 seconds.

다음, 노광을 거쳐 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake)를 170℃에서 150초간 실시한다.Next, presilylation bake is performed at 170 ° C. for 150 seconds through exposure.

그 다음, 기상실릴레이션 에이젼트인 테트라메틸 디실라잔을 이용하여 포토레지스트의 상부층을 실릴레이션한다. 실릴레이션된 웨이퍼를 프로린계, 산소계 또는 염소계의 혼합가스를 사용하여 패터닝을 한 후, 이때, 형성된 실리콘산화막을 식각방지막으로 사용하여 같은 챔버내에서 하부의 유기 저유전체를 식각한다.Next, the upper layer of the photoresist is silylated using tetramethyl disilazane, which is a gas phase silylation agent. After the silylated wafer is patterned using a mixed gas of prorin, oxygen, or chlorine, at this time, the lower organic low dielectric is etched in the same chamber by using the formed silicon oxide film as an etch stop layer.

본 발명의 제4실시예로서, 금속배선 상에 폴리벤조시크로 부텐계의 유기 저유전체를 5000Å 두께로 형성한 후, 400℃ 에서 60분간 큐어링한다. 그 후 이들 저유전체 상부에 실릴레이션용 포토레지스트를 7000Å의 두께로 도포한다. 그리고, 상기 실릴레이션용 포토레지스트를 130℃에서 90초간 소프트베이크한다.As a fourth embodiment of the present invention, after forming a butene-based organic low dielectric with 5000 kW thick on a metal wire, curing is performed at 400 ° C. for 60 minutes. Thereafter, a silicication photoresist is applied on the low dielectrics to a thickness of 7000 kPa. Then, the silylation photoresist is softbaked at 130 ° C. for 90 seconds.

다음, 노광을 거쳐 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake)를 170℃에서 150초간 실시한다.Next, presilylation bake is performed at 170 ° C. for 150 seconds through exposure.

그 다음, 기상실릴레이션 에이젼트인 테트라메틸 디실라잔을 이용하여 포토레지스트의 상부층을 실릴레이션한다. 실릴레이션된 웨이퍼를 프로린계, 산소계 또는 염소계의 혼합가스를 사용하여 패터닝하고, 상기 공정에서 형성된 실리콘산화막을 식각방지막으로 사용하여 같은 챔버내에서 하부의 유기 저유전체를 식각한다.Next, the upper layer of the photoresist is silylated using tetramethyl disilazane, which is a gas phase silylation agent. The silylated wafer is patterned using a mixed gas of prorin, oxygen or chlorine, and the lower organic low dielectric material is etched in the same chamber by using the silicon oxide film formed in the process as an etch stop layer.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 제조방법은, 실릴레이션 공정중에 형성된 실리콘산화막을 식각마스크로사용하여 감광막과 저유전체막을 연속적으로 식각할 수 있고, 기존의 하드마스크를 사용하지 않기 때문에 공정의 단순화 및 원가절감할 수 있으며, 특히 금속배선의 미세패턴형성공정에 실릴레이션공정을 적용하여 초점심도(depth of focus, DOF), EL 등의 공정마진을 향상시키고, 감광막 패턴 하부의 단차에 영향받지 않고 패턴을 형성하여 공정을 안정화시키는 이점이 있다.As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, since the photoresist film and the low dielectric film can be etched continuously by using the silicon oxide film formed during the silylation process as an etching mask, the conventional hard mask is not used. The process can be simplified and the cost can be reduced.In particular, the silicide process is applied to the fine pattern forming process of metal wiring to improve the process margins such as depth of focus (DOF), EL, and the like. There is an advantage of stabilizing the process by forming a pattern without being affected.

Claims (13)

소정의 하부구조물이 형성되어 있는 반도체기판 상부에 층간절연막을 형성하는 공정과,Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which a predetermined lower structure is formed; 상기 층간절연막 상부에 금속배선을 형성하는 공정과,Forming a metal wiring on the interlayer insulating film; 상기 금속배선 상부에 저유전체막과 실릴레이션용 감광막을 형성하는 공정과,Forming a low dielectric film and a silicide photosensitive film on the metal wiring; 비아콘택마스크를 노광마스크를 사용하여 상기 감광막의 표면을 노광시키는 공정과,Exposing a surface of the photosensitive film using a via contact mask using an exposure mask; 상기 감광막을 2단계로 건식현상하여 상기 감광막의 표면에서 비노광부를 실리콘산화막으로 변경시키는 실릴레이션공정과,A siliculation process of drying the photoresist in two steps to change the non-exposed portion into a silicon oxide film on the surface of the photoresist; 상기 실리콘산화막을 식각마스크로 사용하여 상기 감광막과 저유전체막을 식각하여 상기 금속배선을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 제조방법.And forming a contact hole for exposing the metal wiring by etching the photosensitive film and the low dielectric film using the silicon oxide film as an etching mask. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속배선은 텅스텐, 알루미늄등의 금속층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The metal wiring is a semiconductor device manufacturing method, characterized in that formed by a metal layer such as tungsten, aluminum. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저유전체막은 폴리아릴렌 에테르계, 폴리이미드계, 폴리벤조씨크로부텐계 등의 유기저유전체막 또는 실세스퀴옥산계의 무기저유전체막 또는 실리콘을 함유하는 무기물질 또는 상기 물질들의 조합으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The low dielectric film may be an organic low dielectric film such as polyarylene ether, polyimide, polybenzocyclobutene, or an inorganic low dielectric film of silsesquioxane or an inorganic material containing silicon, or a combination of the above materials. Forming a semiconductor device, characterized in that formed. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 저유전체막은 다층으로 1000 ∼ 30000Å 두께 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The low-dielectric film is a semiconductor device manufacturing method, characterized in that to form a 1000 to 30000 Å thickness in a multi-layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저유전체막은 프로필렌 그라이콜, 디메칠에테르싸이크로헥사논, 이소부틸 메틸 케톤, 2-헵타논, 3-헵타논, 4-헵타논, 싸이크로 펜타논, 2-메틸싸이크로 펜타논, 3-메틸싸이크로 펜타논, 2-메틸싸이크로 헥사논, 3-메틸싸이크로 헥사논, 2,4-디메틸 펜타논 등의 케톤계 용매 또는 에틸 락테이트, 2-메톡시에틸 아세테이트 또는 통상적으로 사용되는 유기용매를 코팅용매로 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The low dielectric film is propylene glycol, dimethyl ether cyclohexanone, isobutyl methyl ketone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, cyclopentanone, 2-methylcyclopentanone, 3 Ketone solvents such as methylcyclopentanone, 2-methylcyclohexanone, 3-methylcyclohexanone, 2,4-dimethylpentanone or ethyl lactate, 2-methoxyethyl acetate or commonly used Method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that formed using the organic solvent as a coating solvent. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저유전체막은 형성한 다음 50 ∼ 600℃에서 30초 ∼ 120분간 큐어링하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The low dielectric film is formed and then cured at 50 to 600 ° C. for 30 seconds to 120 minutes. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 큐어링공정에서 공정온도는 단계적으로 2 ∼ 5회에 걸쳐서 600℃까지승온시키는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.In the curing process, the process temperature is raised to 600 ℃ over 2 to 5 times stepwise manufacturing method of a semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감광막은 5000 ∼ 30000Å 두께로 형성한 다음 90 ∼ 180℃의 온도에서 30 ∼ 300초간 소프트베이크하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The photosensitive film is formed to a thickness of 5000 ~ 30000 다음 and then softbaked for 30 to 300 seconds at a temperature of 90 ~ 180 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노광공정은 ArF, DUV, E-빔, 이온빔 또는 X-선을 광원으로 사용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The exposure process is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that performed using ArF, DUV, E-beam, ion beam or X-ray as a light source. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실릴레이션공정은 헥사메틸디실라잔, 테트라메틸디실라잔, 비스디메틸아미노 디메틸실란, 비스디메틸아미노 메틸실란, 디메틸실릴 디메틸아민, 디메틸실릴 디에틸아민, 트리메틸실릴 디메틸아민, 트리메틸실릴 디에틸아민, 디메틸아미노 펜타메틸디실란 등의 N-Si 결합을 갖는 실릴레이션 에이젼트를 사용하여 액상 또는 기상으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The silylation process is hexamethyldisilazane, tetramethyldisilazane, bisdimethylamino dimethylsilane, bisdimethylamino methylsilane, dimethylsilyl dimethylamine, dimethylsilyl diethylamine, trimethylsilyl dimethylamine, trimethylsilyl diethylamine And a silylation agent having an N-Si bond, such as dimethylamino pentamethyldisilane, in a liquid phase or in a gas phase. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실릴레이션 공정은 90 ∼ 250℃에서 30 ∼ 300초간 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The silylation process is carried out for 30 to 300 seconds at 90 to 250 ℃ manufacturing method of a semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 건식현상공정은 플루오린계, 염소계 및 산소계 가스를 포함하는 혼합가스를 사용하여 1 ∼ 100초간 1차건식현상공정을 실시한 다음, 산소계, 이산화탄소계 가스를 포함하는 혼합가스를 사용하여 10 ∼ 500초간 실시하되, 10 ∼ 80% 과도식각공정으로 2차건식현상공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The dry development process is performed for 1 to 100 seconds using a mixed gas containing a fluorine-based, chlorine-based and oxygen-based gas, and then 10 to 500 seconds using a mixed gas containing an oxygen-based or carbon dioxide-based gas. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: performing a secondary dry development step in a 10 to 80% transient etching process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체소자의 제조방법은 비아콘택이외에도 라인/스페이스패턴의 형성공정에 적용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조방법.The manufacturing method of the semiconductor device is a semiconductor device manufacturing method, characterized in that applied to the process of forming a line / space pattern in addition to the via contact.
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