KR100617059B1 - A method for fabricating a damascene of a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각방식을 지양하여 소자의 신뢰성을 높이고, 공정수를 줄일 수 있는 듀얼 다마신 형성방법에 관한 것으로, 전도제상의 소정 영역에 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막 패턴을 포함한 상기 전도체의 전면에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막 패턴이 노출될 때까지 상기 제 1 절연막을 평탄화하는 단계; 상기 노출된 제 1 감광막 패턴상에 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막 패턴을 포함한 상기 전도체의 전면에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막 패턴이 노출될 때까지 상기 제 2 절연막을 평탄화하는 단계; 및, 상기 제 2 감광막 패턴을 제거하여 트랜치를 형성함과 아울러, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거하여 홀을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.The present invention relates to a dual damascene formation method capable of increasing the reliability of the device by reducing the etching method and reducing the number of processes, comprising: forming a first photoresist pattern on a predetermined region of the conductive agent; Forming a first insulating film on the entire surface of the conductor including the first photoresist pattern; Planarizing the first insulating film until the first photoresist pattern is exposed; Forming a second photoresist pattern on the exposed first photoresist pattern; Forming a second insulating film on the entire surface of the conductor including the second photoresist pattern; Planarizing the second insulating film until the second photoresist pattern is exposed; And removing the second photoresist pattern to form a trench, and removing the first photoresist pattern to form a hole.
반도체 소자, 다마신(damascene), 트랜치, 홀, 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)Semiconductor devices, damascene, trenches, holes, chemical mechanical polishing (CMP)
Description
도 1은 다마신 방법에 의한 비아홀과 트렌치를 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 단면도1 is a cross-sectional view schematically showing a process of forming a via hole and a trench by the damascene method
도 2a 내지 도 2p는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 다마신 형성방법을 나타낸 공정단면도2A through 2P are cross-sectional views illustrating a method of forming damascene of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
PR1 : 제 1 감광막 패턴 211 : 제 1 절연막PR1: First photosensitive film pattern 211: First insulating film
201 : 확산 방지막 200 : 도전체201: diffusion barrier 200: conductor
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 식각방식을 지양하여 소자의 신뢰성을 높이고, 공정수를 줄일 수 있는 반도체 소자의 다마신 형성방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming damascene of a semiconductor device capable of avoiding an etching method to increase the reliability of the device and reduce the number of processes.
일반적으로 반도체 소자 제조시 소자와 소자간 또는 배선과 배선간을 전기적으로 연결시키기 위해 금속 배선을 사용하고 있다.In general, in the manufacture of semiconductor devices, metal wires are used to electrically connect devices and devices, or wires and wires.
이러한 금속 배선 재료로는 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W)이 널리 사용되고 있으나, 낮은 융점과 높은 비저항으로 인하여 초고집적 반도체 소자에 더이상 적용이 어렵게 되었다. 반도체 소자의 초고집적화에 따라 비저항은 낮고 일렉트로마이그레이션(electromigration; EM) 및 스트레스마이그레이션(stressmigration; SM) 등의 신뢰성이 우수한 물질의 이용이 필요하게 되었으며, 이에 부합할 수 있는 가장 적합한 재료로 구리가 최근에 관심의 대상이 되고 있다.Aluminum (Al) or tungsten (W) is widely used as the metal wiring material. However, due to low melting point and high resistivity, it is no longer applicable to ultra-high density semiconductor devices. Due to the high integration of semiconductor devices, it is necessary to use materials with low specific resistance and highly reliable materials such as electromigration (EM) and stress migration (SM). Has become an object of interest.
구리를 금속배선 재료로 이용하는 이유는, 구리의 녹는점이 1080℃로서 비교적 높을 뿐만 아니라(알루미늄: 660℃,텅스텐: 3400℃), 비저항은 1.7μΩ㎝로서 알루미늄(2.7μΩ㎝), 텅스텐(5.6μΩ㎝)보다 매우 낮기 때문이다.The reason why copper is used as a metal wiring material is that the melting point of copper is relatively high as 1080 ° C. (aluminum: 660 ° C., tungsten: 3400 ° C.), and the specific resistance is 1.7 μm cm, aluminum (2.7 μΩ cm) and tungsten (5.6 μΩ). It is because it is much lower than cm).
그러나, 구리 배선은 식각이 어렵고, 부식이 확산되는 문제를 지니고 있어서, 실용화에 상당한 어려움을 지니고 있었다.However, copper wiring has a problem that etching is difficult and corrosion is diffused, and thus it has a considerable difficulty in practical use.
이를 개선하고 실용화하기 위하여 싱글 다마신 공정(Single damascene process) 또는 듀얼 다마신 공정(Dual Damascene process)을 적용하였는데, 특히 듀얼 다마신 공정(Dual Damascence)을 주로 적용하고 있다.The single damascene process or the dual damascene process is applied to improve and put this into practical use. In particular, the dual damascene process is mainly applied.
여기서, 다마신 공정이라 함은 절연막(Dielectric layer)을 사진 및 식각으로 식각하여 트렌치(Trench)를 형성하고, 이 트렌치에 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 도전 물질을 채워 넣고 필요한 배선 이외의 도전 물질을 제거함으로써 처음에 형성한 트렌치 모양으로 배선을 형성하는 기술이다.Here, the damascene process is used to form a trench by etching an insulating layer (Dielectric layer) by photo and etching, and the conductive material such as tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), etc. It is a technique of forming wiring in the trench shape formed initially by filling it and removing conductive material other than necessary wiring.
상기한 다마신 공정은, 특히 듀얼 다마신 공정은 주로 DRAM 등의 비트 라인(bit line) 또는 워드라인(Wordline), 금속배선 형성에 이용되며, 특히 다층 금속 배선에서 상층 금속배선과 하층 금속배선을 접속시키기 위한 홀을 동시에 형성할 수 있을뿐만 아니라, 금속배선에 의해 발생하는 단차를 제거할 수 있으므로 후속 공정을 용이하게 하는 장점이 있다.In the damascene process, in particular, the dual damascene process is mainly used for forming bit lines, word lines, and metal wirings such as DRAM, and in particular, the upper metal wiring and the lower metal wiring in multi-layer metal wiring. Not only can holes be formed at the same time to be connected, but also steps can be eliminated caused by metal wiring, thereby facilitating subsequent processes.
듀얼 다마신 공정은 크게 비아퍼스트법(Via first)과 트렌치퍼스트법(Trench first) 및 셀프얼라인법(Self-align) 등이 있는 바, 도 1은 이러한 세가지 방법에 의한 홀과 트렌치를 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.The dual damascene process includes a via first method, a trench first method, and a self-align method, and FIG. 1 shows holes and trenches formed by the three methods. It is sectional drawing which shows schematically a process.
여기서 SADD를 살펴보면, 전도층(10) 상에 식각방지막(11)과 층간절연막(12) 및 식각방지막(13)을 차례로 형성한 다음, 비아 콘택을 정의하기 위한 감광막 패턴(21)을 이용하여 식각방지막(13)을 선택적으로 식각함으로써 비아 콘택 영역이 정의된다.In the SADD, the
이어서, 감광막 패턴(21)을 제거한 후, 층간절연막(14)과 식각방지막(15)을 차례로 형성한 다음, 비아 콘택 및 트렌치 구조를 정의하기 위한 감광막 패턴(16)을 형성한다. 이 때, 비아 콘택 형성 영역은 초기에 정의된 영역과 오버랩되도록 한다,Subsequently, after the
계속해서, 감광막 패턴(16)을 마스크로 해서 식각방지막(15)과 층간절연막(14)을 선택적으로 식각하는 바, 비아 콘택 예정 영역에서는 초기에 예정된 비아 콘택 영역의 하부 즉, 식각된 식각방지막(13) 하부의 층간절연막(12) 까지 식각이 이루어진 자기정렬이 이루어진다. 이 때, 비아 콘택 및 트렌치 형성 예정 영역의 식각 공정은 각각 식각방지막 '11','13'에서 멈추게 된다.Subsequently, the
다음으로, 상기 노출된 식각방지막(11, 13)을 제거함으로써, 듀얼 다마신 구 조의 홀(V) 및 트렌치(T)가 형성된다.Next, by removing the exposed etch stop layer (11, 13), the hole (V) and trench (T) of the dual damascene structure is formed.
한편, 도시된 VFDD 및 TFDD의 경우도 동일한 공정을 통해 이루어지는 바, 각각은 트렌치(T)를 번저 형성하느냐 또는 홀(V)을 먼저 형성하느냐에 따라 약간의 공정 사으이 차이가 있을 뿐 무엇이 더 효과적이라고는 뚜렷하게 밝힐 수가 없다.Meanwhile, in the case of the illustrated VFDD and TFDD, the same process is performed. Each of the VFDD and TFDD is slightly different depending on whether the trenches T are formed or the holes V are formed first. Cannot be clarified.
여기서, 도면부호 '17', '18', '19', '20'은 각각 감광막 패턴을 도시한다.Here, reference numerals '17', '18', '19', and '20' denote photosensitive film patterns, respectively.
그러나, 종래의 듀얼 다마신 공정에는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the conventional dual damascene process has the following problems.
즉, 종래에는 상술한 바와 같이, 홀 및 트렌치를 형성하기 위해서, 상기 절연막을 식각하는 공정이 필수적이다. 그러나, 다마신 공정시 상기 식각공정에 따른 많은 문제점들이 보고되어 왔으며, 이에 따르는 상당한 경제적, 인적 그리고 시간적 소모가, 개발에 따르는 걸림돌로서 작용하고 있다.That is, as described above, in order to form holes and trenches, a process of etching the insulating film is essential. However, many problems associated with the etching process have been reported in the damascene process, and the considerable economic, human and time consumption of the damascene process is an obstacle to development.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 감광막 패턴을 사용하여 홀 및 트랜치의 형상을 정의하고, 이후 상기 홀 및 트랜치의 내벽을 이루는 절연막을 화학적기계적연마 공정을 통해 패터닝함으로써, 식각공정을 지양할 수 있는 반도체 소자의 다마신 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by using a photosensitive film pattern to define the shape of the hole and the trench, and then patterning the insulating film forming the inner wall of the hole and the trench by chemical mechanical polishing process, etching It is an object of the present invention to provide a method for forming damascene of a semiconductor device that can avoid the process.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 형성방법은, 전도층상의 소정 영역에 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막 패턴을 포함한 상기 전도층의 전면에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막 패턴이 노출될 때까지 상기 제 1 절연막을 평탄화하는 단계; 상기 노 출된 제 1 감광막 패턴상에 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막 패턴을 포함한 상기 전도층의 전면에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막 패턴이 노출될 때까지 상기 제 2 절연막을 평탄화하는 단계; 및, 상기 제 2 감광막 패턴을 제거하여 트랜치를 형성함과 아울러, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거하여 홀을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.Method for forming a damascene of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming a first photosensitive film pattern in a predetermined region on the conductive layer; Forming a first insulating film on an entire surface of the conductive layer including the first photoresist pattern; Planarizing the first insulating film until the first photoresist pattern is exposed; Forming a second photoresist pattern on the exposed first photoresist pattern; Forming a second insulating film on an entire surface of the conductive layer including the second photosensitive film pattern; Planarizing the second insulating film until the second photoresist pattern is exposed; And forming a trench by removing the second photoresist pattern, and forming a hole by removing the first photoresist pattern.
여기서, 상기 전도층과 상기 제 1 절연막 사이에 확산 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method may further include forming a diffusion barrier layer between the conductive layer and the first insulating layer.
상기 홀을 통해 노출된 전도층, 상기 홀의 내벽, 상기 트랜치의 내벽, 및 상기 제 2 절연막상에 배리어층을 형성하는 단계; 상기 배리어층상에 구리 시드를 형성하는 단계; 및, 상기 홀 및 트랜치에 구리를 매립하여 구리배선을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Forming a barrier layer on the conductive layer exposed through the hole, the inner wall of the hole, the inner wall of the trench, and the second insulating film; Forming a copper seed on the barrier layer; And embedding copper in the holes and trenches to form copper wiring.
상기 제 1 감광막 패턴 및 제 2 감광막 패턴은 애싱 공정을 통해 제거하는 것을 특징으로 한다.The first photoresist pattern and the second photoresist pattern may be removed through an ashing process.
상기 제 2 감광막 패턴은 상기 제 1 감광막 패턴보다 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.The second photoresist pattern may have a larger width than the first photoresist pattern.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 반도체 소자의 다마신 형성방법은, 전도층상의 소정 영역에 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 포함한 상기 전도층의 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴이 노출될 때까지 상기 절연막을 평탄화하는 단계; 및, 상기 감광막 패턴을 제거하여 홀을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 특징으로 한 다.In addition, another method of forming a damascene of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming a first photosensitive film pattern on a predetermined region on a conductive layer; Forming an insulating film on the entire surface of the conductive layer including the photosensitive film pattern; Planarizing the insulating film until the photoresist pattern is exposed; And removing the photoresist pattern to form a hole.
여기서, 상기 전도층과 상기 절연막 사이에 확산 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Here, the method further comprises the step of forming a diffusion barrier between the conductive layer and the insulating film.
상기 홀을 통해 노출된 전도층, 상기 홀의 내벽, 및 상기 절연막상에 배리어층을 형성하는 단계; 상기 배리어층상에 구리 시드를 형성하는 단계; 및, 상기 홀에 구리를 매립하여 구리배선을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Forming a barrier layer on the conductive layer exposed through the hole, an inner wall of the hole, and the insulating film; Forming a copper seed on the barrier layer; And embedding copper in the hole to form a copper wiring.
상기 감광막 패턴은 애싱 공정을 통해 제거하는 것을 특징으로 한다.The photoresist pattern may be removed through an ashing process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 다마신 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming damascene of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2p는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 다마신 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.2A through 2P are cross-sectional views illustrating a method of forming damascene of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전도체(200)를 준비한다. 상기 전도체(200)은 반도체 기판, 또는 하부 배선이 형성된 반도체 기판일 수도 있다.First, as shown in Figure 2a, to prepare a conductor (200). The
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 전도체(200)의 전면에 확산 방지막(201)을 형성한다. As shown in FIG. 2B, a
상기 확산 방지막(201)은 하부 배선이 구리인 경우 구리의 산화 방지 및 구리 이온의 외부 확산을 방지하는 역할을 하며, 후속 공정으로 형성될 홀(205) 형성시 하부 배선을 보호하는 역할을 한다.The
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 확산 방지막(201)을 포함한 전도체 (200)의 전면에 제 1 감광막(PR11)을 도포한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, the first photoresist film PR11 is coated on the entire surface of the
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 포토 및 현상공정을 통해 상기 제 1 감광막(PR11)을 패터닝하여 상기 확산 방지막(201)상에 제 1 감광막 패턴(PR1)을 형성한다. 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)은 이후 형성하게 될 홀에 대응되는 영역에 형성되며, 상기 홀의 크기에 대응하는 크기를 갖는다.As shown in FIG. 2D, the first photoresist film PR11 is patterned through a photo and development process to form a first photoresist pattern PR1 on the
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 포함한 상기 전도체(200)의 전면에 제 1 절연막(211)을 증착한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, a first
여기서, 상기 제 1 절연막(211)은 배선과 배선 사이의 기생 캐패시터로 인한 문제를 해결하기 위해, 유전 상수값이 낮은 물질로 형성한다. 이때, 상기 제 1 절연막(211)은 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 완전히 덮도록 형성한다.The first insulating
이후, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 절연막(211)을 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)공정을 통해 평탄화한다. 이때, 상기 제 1 절연막(211)을 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)이 노출될 때까지 평탄화한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2F, the first insulating
한편, 상기 화학적기계연마 공정 대신에 에치 백(etch back) 공정을 사용하여도 무방하다.Alternatively, an etch back process may be used instead of the chemical mechanical polishing process.
다음으로, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같은 구조물이 형성된 전도체(200)의 전면에 제 2 감광막(PR22)을 도포한다.Next, as illustrated in FIG. 2G, the second photosensitive film PR22 is coated on the entire surface of the
이후, 도 2h에 도시된 바와 같이, 포토 및 현상 공정을 통해 상기 제 2 감광막(PR22)을 패터닝하여, 상기 제 1 절연막(211)상에 제 2 감광막 패턴(PR2) 형성한다. 구체적으로 상기 제 2 감광막 패턴(PR2)은 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 완전 히 덮도록 상기 제 1 절연막(211)상에 형성한다. 상기 제 2 감광막 패턴(PR2)은 이후 형성하게 될 트랜치(204)에 대응하며, 상기 트랜치(204)의 크기에 상응하는 크기를 갖는다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2H, the second photoresist film PR22 is patterned through a photo and development process to form a second photoresist film pattern PR2 on the first insulating
이어서, 도 2i에 도시된 바와 같이, 상술한 바와 같은 구조물이 형성된 전도체(200)의 전면에 제 2 절연막(212)을 형성한다. 상기 제 2 절연막(212)은 상기 제 2 감광막 패턴(PR2)을 완전히 덮도록 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2I, a second
여기서, 상기 제 1 절연막(211)은 배선과 배선 사이의 기생 캐패시터로 인한 문제를 해결하기 위해, 유전 상수값이 낮은 물질로 형성한다. 이때, 상기 제 1 절연막(211)은 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 완전히 덮도록 형성한다.The first insulating
다음으로, 도 2j에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 절연막(212)을 화학적기계연마 공정을 통해 평탄화한다. 이때, 상기 제 2 절연막(212)을 상기 제 2 감광막 패턴(PR2)이 노출될 때까지 평탄화한다.Next, as shown in FIG. 2J, the second
한편, 상기 화학적기계적연마 공정 대신에 에치 백(etch back) 공정을 사용하여도 무방하다.Alternatively, an etch back process may be used instead of the chemical mechanical polishing process.
이후, 도 2k에 도시된 바와 같이, 애싱(ashing) 공정을 통해 상기 제 2 감광막 패턴(PR2)을 제거하여 트랜치(204)를 형성하고, 역시 상기 애싱 공정을 통해 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 제거하여 홀(205)을 형성한다. 이때, 상기 트랜치(204)와 상기 홀(205)은 서로 연통된다. 그리고, 상기 홀(205)은 상기 확산 방지막(201)의 일부분을 노출시키게 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2K, the
다음으로, 도 2l에 도시된 바와 같이, 상기 홀(205)을 통해 노출된 확산 방 지막(201) 부분을 습식식각 또는 반응성이온식각(Reactive Ion Etching; RIE) 공정을 통해 제거한다. 이때, 상기 확산 방지막(201) 부분이 제거되면서 전도체(200)의 일부가 노출된다.Next, as shown in FIG. 2L, a portion of the
이어서, 도 2m에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 전도체(200) 부분, 상기 홀(205)의 내벽, 상기 트랜치(204)의 내벽, 및 상기 제 2 절연막(212)상에 배리어막(206)을 형성한다. 여기서, 상기 배리어막(206)은 이후에 매립될 구리 원자가 제 1 및 제 2 절연막(212)으로 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다.Subsequently, as shown in FIG. 2M, the
한편, 상기 배리어막(206)은 은 티타늄 나이트라이드(TiN)를 이온화 PVD, CVD 및 유기금속화학기상증착(MOCVD)법 중 어느 하나의 방법으로 증착하여 형성하거나, 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 나이트라이드(TaN)를 이온화 PVD법 또는 CVD법으로 증착하여 형성하거나, 텅스텐 나이트라이드(WN)를 CVD법으로 증착하여 형성하거나, 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN), 티타늄 실리콘 나이트라이드(TiSiN), 탄탈륨 실리콘 나이트라이드(TaSiN) 중 어느 하나를 PVD 또는 CVD법으로 증착하여 형성한다The
이후, 도 2n에 도시된 바와 같이, 상기 배리어막(206)상에 얇게 구리 시드층(207)(Cu seed)을 형성한다. 여기서, 상기 구리 시드층(207)은 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 중 어느 하나를 이용하여 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 2N, a copper seed layer 207 (Cu seed) is formed on the
다음으로, 도 2o에 도시된 바와 같이, 상기 홀(205) 및 트랜치(204)에 매립되도록 상기 제 2 절연막(212)상에 금속 배선층(218)을 형성한다. 바람직하기로 금속 배선층(218)은 무전해도금법, 전해도금법, 스퍼터링법, CVD, ECP(Electro Chemical Plating) 등의 방법으로 구리를 증착하여 형성한다.Next, as shown in FIG. 2O, a
이어서, 도 2p에 도시된 바와 같이, 상기 금속 배선층(218)을 화학기계적연마(CMP)법으로 제 2 절연막(212)의 표면이 충분히 노출되는 시점까지 연마하여 홀(205) 및 트랜치(204) 내부에만 금속 배선(208)층(218)을 남겨 금속 배선(208)을 형성한다. 이때, 1차 화학적기계적연마 공정은 배리어막(206)을 연마정지층으로 이용하여 구리 연마율이 높고, 상대적으로 확산 장벽 연마율이 낮은 선택비로 연마하며, 2차 화학적기계적연마 공정은 구리와 배리어막(206) 및 상기 제 2 절연막(212)을 선택비 없이 연마한다.Subsequently, as shown in FIG. 2P, the
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 홀(205) 및 트랜치(204)로 이루어진 다마신 패턴을 형성할 때, 종래의 식각공정을 탈피하여 화학적기계적연마 공정을 사용함으로써 종래의 식각공정시 수반되는 문제점을 해결하고 있다.As described above, in the first embodiment of the present invention, when the damascene pattern formed of the
더불어, 종래에는 식각공정을 사용함으로 인해, 홀(205)의 바닥면에 식각정지막을 형성하는 공정이 필수적이었지만, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 화학적기계적연마 공정을 사용하기 때문에, 상기 식각정지막을 형성하는 공정을 줄일 수 있다.In addition, in the related art, the process of forming the etch stop film on the bottom surface of the
한편, 이상까지 설명한 공정은 홀(205) 및 트랜치(204)로 이루어진 듀얼 다마신 공정이다.On the other hand, the process described above is a dual damascene process consisting of the
이하, 홀(205)만으로 이루어진 싱글 다마신 공정을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a single damascene process consisting of only the
한편, 도면은 제 1 실시예의 2a 내지 2f를 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, the drawings will be described with reference to 2a to 2f of the first embodiment.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 전도체(200)를 준비한다. 상기 전도체 (200)는 반도체 기판, 또는 하부 배선이 형성된 반도체 기판일 수도 있다.First, as shown in Figure 2a, to prepare a conductor (200). The
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 전도체(200)의 전면에 확산 방지막(201)을 형성한다. As shown in FIG. 2B, a
상기 확산 방지막(201)은 하부 배선이 구리인 경우 구리의 산화 방지 및 구리 이온의 외부 확산을 방지하는 역할을 하며, 후속 공정으로 형성될 홀(205) 형성시 하부 배선을 보호하는 역할을 한다.The
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 확산 방지막(201)을 포함한 전도체(200)의 전면에 제 1 감광막(PR11)을 도포한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, the first photosensitive film PR11 is coated on the entire surface of the
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 포토 및 현상공정을 통해 상기 감광막을 패터닝하여 상기 확산 방지막(201)상에 제 1 감광막 패턴(PR1)을 형성한다. 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)은 이후 형성하게 될 홀(205)에 대응되는 영역에 형성되며, 상기 홀(205)의 크기에 대응하는 크기를 갖는다.As shown in FIG. 2D, the photoresist layer is patterned through a photo and development process to form a first photoresist pattern PR1 on the
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 포함한 상기 전도체(200)의 전면에 제 1 절연막(211)을 증착한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2E, a first insulating
여기서, 상기 제 1 절연막(211)은 배선과 배선 사이의 기생 캐패시터로 인한 문제를 해결하기 위해, 유전 상수값이 낮은 물질로 형성한다. 이때, 상기 제 1 절연막(211)은 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 완전히 덮도록 형성한다.The first insulating
이후, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 절연막(211)을 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)공정을 통해 평탄화한다. 이때, 상기 제 1 절연막(211)을 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)이 노출될 때까지 평탄한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2F, the first insulating
한편, 상기 화학적기계적연마 공정 대신에 에치 백(etch back) 공정을 사용하여도 무방하다.Alternatively, an etch back process may be used instead of the chemical mechanical polishing process.
다음으로, 도면에 도시하지 않았지만, 상기 애싱 공정을 통해 상기 제 1 감광막 패턴(PR1)을 제거하여 홀(205)을 형성한다. 이때, 상기 홀(205)은 상기 확산 방지막(201)의 일부분을 노출시키게 된다.Next, although not shown in the drawing, the
다음으로, 상기 홀(205)을 통해 노출된 확산 방지막(201) 부분을 습식식각 또는 반응성이온식각(Reactive Ion Etching; RIE) 공정을 통해 제거한다. 이때, 상기 확산 방지막(201) 부분이 제거되면서 전도체(200)의 일부가 노출된다.Next, a portion of the
이어서, 상기 노출된 전도체(200) 부분, 상기 홀(205)의 내벽, 및 상기 제 1 절연막(211)상에 배리어막(206)을 형성한다. 여기서, 상기 배리어막(206)은 이후에 매립될 구리 원자가 제 1 절연막(211)으로 확산하는 것을 방지하는 역할을 한다.Subsequently, a
여기서, 상기 배리어막(206)의 재료 및 특성은 상술한 제 1 실시예와 동일하다.Here, the material and properties of the
이후, 상기 배리어막(206)상에 얇게 구리 시드층(207)(Cu seed)을 형성한다. 여기서, 상기 구리 시드층(207)의 재료 및 특성은 상술한 제 1 실시예와 동일하다.Thereafter, a thin copper seed layer 207 (Cu seed) is formed on the
다음으로, 상기 홀(205) 및 트랜치(204)에 매립되도록 상기 제 1 절연막(211)상에 금속 배선층(218)을 형성한다. 여기서, 상기 금속 배선층(218)의 재료 및 특성은 상술한 제 1 실시예와 동일하다.Next, a
이어서, 상기 금속 배선층(218)을 화학기계적연마(CMP)법으로 제 1 절연막(211)이 충분히 노출되는 시점까지 연마하여 홀(205) 내부에만 금속 배선층(218)을 남겨 금속 배선(208)을 형성한다. 이때, 1차 화학적기계적연마 공정은 배리어막(206)을 연마정지층으로 이용하여 구리 연마율이 높고, 상대적으로 확산 장벽 연마율이 낮은 선택비로 연마하며, 2차 화학적기계적연마 공정은 구리와 배리어막(206), 제 1 절연막(211)을 선택비 없이 연마한다.Subsequently, the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 형성방법에는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method for forming damascene of a semiconductor device according to the present invention has the following effects.
본 발명에서는 제 1 감광막 패턴을 사용하여 이후 형성하게 될 홀에 대한 형상을 정의하고, 상기 제 1 감광막 패턴을 완전히 덮도록 제 1 절연막을 형성한다. 이후, 상기 제 1 절연막을 화학적기계적연마 공정을 통해, 상기 제 1 감광막 패턴이 노출될 때까지 평탄화시킨다. 다음으로, 상기 제 1 감광막 패턴상에 제 2 감광막 패턴을 형성하여 이후 형성하게 될 트랜치에 대한 형상을 정의하고, 상기 제 2 감광막 패턴을 완전히 덮도록 제 2 절연막을 형성한다. 이후, 상기 제 2 절연막을 화학적기계적연막 공정을 통해, 상기 제 2 감광막 패턴이 노출될때까지 평탄화시킨다. 그리고, 상기 제 1 감광막 패턴 및 제 2 감광막 패턴을 제거하여 홀 및 트랜치를 형성시킨다. In the present invention, the first photoresist pattern is used to define a shape of a hole to be formed later, and a first insulating layer is formed to completely cover the first photoresist pattern. Thereafter, the first insulating film is planarized through a chemical mechanical polishing process until the first photoresist film pattern is exposed. Next, a second photoresist pattern is formed on the first photoresist pattern to define a shape of a trench to be formed later, and a second insulating layer is formed to completely cover the second photoresist pattern. Thereafter, the second insulating film is planarized through a chemical mechanical smoke film process until the second photoresist film pattern is exposed. The first photoresist pattern and the second photoresist pattern are removed to form holes and trenches.
이와 같이, 상기 홀 및 트랜치가 화학적기계적연마 방법에 의해 형성되므로, 종래의 식각공정시 발생하던 문제점 해결할 수 있다.As such, since the holes and trenches are formed by the chemical mechanical polishing method, the problems occurring during the conventional etching process may be solved.
더불어, 종래에는 식각공정에 반드시 필요한 식각정지막의 형성공정이 필요없으므로, 공정수를 줄일 수 있는 잇점이 있다.In addition, there is an advantage in that the number of steps can be reduced, since a conventional step of forming an etch stop film is not necessary.
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