KR100625388B1 - A method for fabricating metal line of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 단위소자가 구비된 하부절연층을 반도체기판 상부에 형성하고 상기 단위소자를 노출시키는 금속배선 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 콘택홀을 형성한 다음, 전체표면 상부에 접착층과 확산방지층 및 콘택플러그용 금속층을 순차적으로 형성하고, 상기 콘택플러그용 금속층을 전면식각하여 콘택플러그를 형성한 다음, 전체표면 상부에 금속배선용 금속층을 형성한 후 금속배선마스크를 식각마스크로 상기 금속배선용 금속층을 식각하되, 상기 접착층과 확산방지층을 식각정지층으로 사용하여 실시한 다음, 상기 접착층과 확산방지층을 식각함으로써 상기 하부절연층의 손상 및 손실을 최소화하는 기술이다. The present invention relates to a method for forming a metal wiring of a semiconductor device, and forming a contact hole by an etching process using a metal wiring contact mask to form a lower insulating layer with a unit device on the semiconductor substrate and expose the unit device. In order to form a contact plug by sequentially forming an adhesive layer, a diffusion barrier layer, and a contact plug metal layer on the entire surface, and etching the contact plug metal layer on the entire surface, and then forming a metal wiring metal layer on the entire surface of the metal wiring mask. By etching the metal layer for the metal wiring as an etching mask, using the adhesive layer and the diffusion barrier layer as an etch stop layer, and then etching the adhesive layer and the diffusion barrier layer to minimize the damage and loss of the lower insulating layer.

Description

반도체소자의 금속배선 형성방법{A method for fabricating metal line of semiconductor device}A method for fabricating metal line of semiconductor device

도 1 은 종래기술에 따른 반도체소자의 식각방법을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing an etching method of a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 및 도 2b 는 종래기술의 제1실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a metal wiring forming method of a semiconductor device according to a first embodiment of the prior art;

도 3a 내지 도 3d 는 종래기술의 제3실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to a third embodiment of the prior art.

도 4a 내지 도 4e 는 종래기술의 제4실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the prior art.

도 5a 내지 도 5f 는 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도.5A to 5F are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11, 21, 31, 41, 51 : 반도체기판 13 : 피식각층11, 21, 31, 41, 51: semiconductor substrate 13: etched layer

23, 32, 42, 52 : 워드라인 25, 33, 43, 53 : 하부절연층23, 32, 42, 52: word line 25, 33, 43, 53: lower insulating layer

27, 37, 45, 57a : 금속배선용 금속층 29, 38, 46, 59 : 감광막패턴27, 37, 45, 57a: Metal layer for metal wiring 29, 38, 46, 59: Photosensitive film pattern

35, 56: 콘택플러그 39, 47, 57b : 금속배선35, 56: contact plug 39, 47, 57b: metal wiring

34, 44, 55 : 콘택플러그용 금속층 36 : 접착층과 확산방지층 34, 44, 55: metal layer for contact plug 36: adhesive layer and diffusion barrier layer                 

58a : 하드마스크용 절연막 58b : 하드마스크용 절연막패턴58a: insulating film for hard mask 58b: insulating film for hard mask

본 발명은 반도체소자의 식각방법에 관한 것으로, 특히 라인과 콘택플러그의 이중구조의 금속배선형성공정에서 확산방지층과 접착층을 식각정지층으로 사용하여 하부절연층의 손실을 방지하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method of a semiconductor device, and more particularly, to a method of preventing loss of a lower insulating layer by using a diffusion barrier layer and an adhesive layer as an etch stop layer in a metal wiring forming process of a double structure of lines and contact plugs.

기존의 반도체 제조 공정용 건식식각 기술은 피식각층에 대한 식각공정과 하부층이 들어나기 시작되는 시점부터 시작되는 과도식각공정으로 구성된다. Conventional dry etching technology for semiconductor manufacturing process is composed of the etching process for the etching layer and the transient etching process starting from the time when the lower layer begins to enter.

과도식각공정은 식각완료시점에서 공정의 불균일성과 패턴 밀도 차이에 의한 로딩효과 (loading effect), 하부단차, 식각대상층 조성의 불균일성 등에 의하여 부분적으로 잔존하는 식각대상층의 제거를 목적으로 한다. The transient etching process aims at eliminating the etching target layer partially remaining due to the loading effect due to the process nonuniformity and the pattern density difference, the lower step, and the non-uniformity of the composition to be etched.

과도 식각공정 시간은 식각대상층의 공정시간을 기준으로 통상 30 ∼ 100% 범위에서 추가 식각공정 형식으로 진행된다.The transient etching process time is usually performed in the form of an additional etching process in the range of 30 to 100% based on the process time of the etching target layer.

식각대상층의 두께가 증가하면 식각 공정후 잔존하는 잔류물의 두께도 증가하므로 과도식각 공정 시간은 증가하게 된다. 과도식각공정은 확실한 잔류물 제거를 목적으로 어느 정도의 하부층 손실을 감수하고 과도하게 진행된다. Increasing the thickness of the etching target layer also increases the thickness of the residues remaining after the etching process, thereby increasing the overetch time. The transient etching process is excessively overburdened with some lower layer loss for the purpose of ensuring a clear residue.

그러나, 식각공정에서 식각대상층의 식각이 완료되어 하부층이 드러난 부분은 과도식각 시작부터 추가식각이 진행되므로 하부층의 손실이 증가하게 된다. 이러한, 하부층의 손실은 하부 구조와의 절연특성을 저하시킴으로써 하부층의 손실을 최소화하기 위하여 대부분의 과도식각공정은 하부층에 대한 선택비가 높은 공정 조건으로 식각공정과 별도로 셋업(set-up)한다. However, in the etching process, since the etching of the etching target layer is completed and the lower layer is exposed, additional etching proceeds from the beginning of the excessive etching, thereby increasing the loss of the lower layer. In order to minimize the loss of the lower layer by reducing the loss of the lower layer, most of the transient etching process is set up separately from the etching process at a high selectivity to the lower layer.

도 1 은 종래기술에 따른 식각방법을 도시한 단면도로서, 하부절연층이 형성된 반도체기판 상부에 피식각층(13)을 형성하고 그 상부에 노광마스크를 이용한 노광 및 현상공정으로 감광막패턴을 형성한 다음, 이를 이용하여 상기 피식각층(13)을 식각하되, 잔유물이나 마이크로 로딩 효과(micro loading effect)로 인한 문제점을 해결하기 위하여 과도식각을 수반한 것이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an etching method according to the related art, in which an etching target layer 13 is formed on a semiconductor substrate on which a lower insulating layer is formed, and a photoresist pattern is formed by an exposure and development process using an exposure mask thereon. By using this, the etching target layer 13 is etched, but it is accompanied by excessive etching in order to solve the problem caused by the residue or the micro loading effect.

이때, 상기 과도식각공정시 패턴이 밀집된 부분은 ⓐ 정도로 얕게 식각되고, 패턴이 밀집되지 않은 부분은 ⓑ 정도로 깊게 식각된다. At this time, during the over-etching process, the portion where the pattern is dense is etched as shallow as ⓐ, and the portion where the pattern is not dense is etched as deep as ⓑ.

도 2a 및 도 2b 는 종래기술의 제1실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도이다. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a metal wiring forming method of a semiconductor device according to a first embodiment of the prior art.

먼저, 반도체기판(21) 상부에 워드라인(23)을 형성하고 그 상측에 단위소자를 형성한 다음, 전체표면 상부를 평탄화시키는 하부절연층(25)을 형성한다. First, the word line 23 is formed on the semiconductor substrate 21 and the unit device is formed on the upper side of the semiconductor substrate 21. Then, the lower insulating layer 25 is formed to planarize the entire upper surface.

그리고, 상기 워드라인(23)을 노출시키는 금속배선 콘택홀을 상기 하부절연층(25)에 형성하고 이를 매립하는 금속배선용 금속층(27)을 형성한다. In addition, a metal wiring contact hole exposing the word line 23 is formed in the lower insulating layer 25, and a metal layer 27 for metal wiring 27 is embedded.

그리고, 상기 금속배선용 금속층(27) 상부에 금속배선 마스크(도시안됨)를 이용한 노광 및 현상공정으로 감광막패턴(29)을 형성하고 이를 마스크로 하여 상기 금속배선용 금속층(27)을 플라즈마 식각하되, 상기 하부절연층(25)을 타겟으로 하여 실시한다. 이때, 상기 하부절연층(25) 상부에 상기 금속배선용 금속층(27)이 잔류하게 된다. The photoresist pattern 29 is formed by an exposure and development process using a metal wiring mask (not shown) on the metal layer 27 for metal wiring, and the metal layer 27 for metal wiring 27 is plasma-etched using the mask as the mask. The lower insulating layer 25 is used as a target. At this time, the metal wiring metal layer 27 remains on the lower insulating layer 25.                         

여기서, 상기 플라즈마 식각공정은 플라즈마에 노출되는 식각대상 표면과 식각이 진행되면서 드러나는 식각 단면에 플라즈마 내의 전하 입자들에 의하여 전하 축적현상이 발생하게 되며, 불균일한 전하 축적 분포는 전계를 형성한다. In the plasma etching process, charge accumulation occurs by charge particles in the plasma on an etching target surface exposed to the plasma and an etching cross-section that is exposed as the etching progresses, and the uneven charge accumulation distribution forms an electric field.

식각 공정 진행 중에는 식각 대상층이 전기적으로 연결되어 있는 상태이므로 플라즈마 유도 전하 전류가 하부 절연물질에 영향을 주지 않는다. (도 2a)During the etching process, since the etching target layer is electrically connected, the plasma induced charge current does not affect the lower insulating material. (FIG. 2A)

그 다음에, 상기 하부절연층(25) 상부의 금속배선용 금속층(27)의 잔류물을 제거하기 위하여 과도식각을 수반한다. Subsequently, in order to remove the residue of the metal layer 27 for metal wiring on the lower insulating layer 25 is accompanied by a transient etching.

여기서, 상기 과도식각을 진행시 식각 대상층이 패턴 별로 구분되기 시작하는 과도 식각 공정에서 전위차에 의한 하부기판을 공통 전극으로 하는 폴러-노드하임 터널링 (fowler nordheim tunneling) 현상으로 플라즈마 유도전하 전류는 하부 절연물질에 손상을 주게 된다. 이러한 플라즈마 유도손상은 과도식각 공정의 시간에 비례하여 증가한다. (도 2a, 도 2b)Here, in the transient etching process in which the etching target layer starts to be divided according to the pattern during the transient etching, the plasma induced charge current is insulated from the lower electrode by a polarizer-nodheim tunneling phenomenon using the lower substrate as a common electrode due to the potential difference. It will damage the material. This plasma induced damage increases in proportion to the time of the transient etching process. (FIG. 2A, FIG. 2B)

상기한 바와 같이 종래기술의 제1실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, 과도식각공정시 하부절연층이 식각되어 소자의 절연특성을 저하시키고 그에 따른 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다. As described above, in the method of forming the metal wiring of the semiconductor device according to the first embodiment of the prior art, the lower insulating layer is etched during the transient etching process, thereby lowering the insulation characteristics of the device and thereby reducing the characteristics and reliability of the semiconductor device. There is a problem.

도 3a 내지 도 3d 는 종래기술의 제2실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도로서, 반도체기판(31) 상부에 워드라인(32), 비트라인 및 캐패시터 등의 단위소자를 형성하고, 전체표면 상부에 하부절연층(33)을 형성한다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the prior art, wherein unit devices such as word lines 32, bit lines, and capacitors are disposed on a semiconductor substrate 31; The lower insulating layer 33 is formed on the entire surface.

다음, 금속배선 콘택마스크를 식각마스크로 사용하여 상기 하부절연층(33)을 식각하여 상기 워드라인(32)을 노출시키는 금속배선 콘택홀을 형성한다. Next, the lower insulating layer 33 is etched using the metallization contact mask as an etch mask to form the metallization contact hole exposing the word line 32.                         

그 다음, 전체표면 상부에 금속배선 콘택플러그용 금속층(34)을 형성하되, 매립특성이 우수한 텅스텐층을 이용하여 형성한다. Next, a metal wiring contact plug metal layer 34 is formed on the entire surface, and is formed using a tungsten layer having excellent embedding characteristics.

다음, 상기 콘택플러그용 금속층(34)을 전면식각하여 상기 콘택홀을 매립하는 콘택플러그(35)를 형성한다. 이때, 상기 전면식각공정은 과도식각공정으로 실시하여 상기 콘택홀 상부가 소정 두께 노출되도록 한다. Next, the contact plug metal layer 34 is entirely etched to form a contact plug 35 filling the contact hole. In this case, the front etching process is performed by a transient etching process so that the upper portion of the contact hole is exposed to a predetermined thickness.

그 다음, 전체표면 상부에 접착층과 확산방지층(36)을 순차적으로 형성하고, 그 상부에 금속배선용 금속층(37)을 형성한다. 이때, 상기 금속배선용 금속층(37)은 저항이 작은 알루미늄층으로 형성한다. Next, the adhesive layer and the diffusion barrier layer 36 are sequentially formed on the entire surface, and the metal layer 37 for metal wiring is formed thereon. In this case, the metal layer 37 for metal wiring is formed of an aluminum layer with a small resistance.

다음, 상기 금속배선용 금속층(37) 상부에 금속배선으로 예정되는 부분을 보호하는 감광막패턴(38)을 형성한다. Next, a photosensitive film pattern 38 is formed on the metal layer 37 for metal wiring to protect a predetermined portion of the metal wiring.

그 다음, 상기 감광막패턴(38)을 식각마스크로 상기 금속배선용 금속층(37), 접착층과 확산방지층(36)을 식각하여 금속배선(39)을 형성한다.Subsequently, the metal layer 39, the adhesive layer, and the diffusion barrier layer 36 are etched using the photoresist pattern 38 as an etch mask to form the metal line 39.

상기와 같이 종래기술의 제2실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, 상기 금속배선(39)과 콘택플러그(35) 사이에 구비되는 접착층과 확산방지층(36)에 의하여 금속배선의 전기적 저항 특성을 저하시키는 문제점이 있고, 금속배선 마스크를 이용한 식각공정시 하부절연층(33)의 손실과 플라즈마 유도손상이 발생하여 반도체소자의 특성이 열화되는 문제점이 있다. As described above, in the method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to the second embodiment of the prior art, the electrical wiring of the metal wiring is formed by the adhesive layer and the diffusion barrier layer 36 provided between the metal wiring 39 and the contact plug 35. There is a problem of lowering the resistance characteristics, and there is a problem in that the characteristics of the semiconductor device are deteriorated due to loss of the lower insulating layer 33 and plasma induced damage during the etching process using the metallization mask.

도 4a 내지 도 4e 는 종래기술의 제3실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도이다. 4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to a third embodiment of the prior art.

먼저, 제2실시예에서와 같이 반도체기판(41) 상부에 워드라인(42), 비트라인(도시안됨) 및 캐패시터 등의 단위소자를 형성하고, 전체표면 상부에 하부절연층(43)을 형성한다. First, as in the second embodiment, unit devices such as a word line 42, a bit line (not shown), and a capacitor are formed on the semiconductor substrate 41, and a lower insulating layer 43 is formed on the entire surface. do.

다음, 금속배선 콘택마스크를 식각마스크로 상기 하부절연층(43)을 식각하여 상기 워드라인(42)을 노출시키는 금속배선 콘택홀을 형성한다. Next, the lower insulating layer 43 is etched using the metallization contact mask as an etch mask to form the metallization contact hole exposing the word line 42.

그 다음, 전체표면 상부에 콘택플러그용 금속층(44)을 형성한다.Then, the contact plug metal layer 44 is formed on the entire surface.

다음, 상기 콘택플러그용 금속층(44)을 전면식각공정으로 부분식각하여 상기 하부절연층(43) 상에 상기 콘택플러그용 금속층(44)이 소정 두께 남도록 한다. Next, the contact plug metal layer 44 is partially etched by the entire surface etching process so that the contact plug metal layer 44 remains on the lower insulating layer 43.

그 다음, 전체표면 상부에 금속배선용 금속층(45)을 형성하고, 상기 금속배선용 금속층(45) 상부에 금속배선으로 예정되는 부분을 보호하는 감광막패턴(46)을 형성한다. Next, a metal layer 45 for metal wiring is formed on the entire surface, and a photosensitive film pattern 46 is formed on the metal layer 45 for metal wiring to protect a portion intended for metal wiring.

다음, 상기 감광막패턴(46)을 식각마스크로 상기 금속배선용 금속층(45)과 나머지 두께의 콘택플러그용 금속층(44)을 식각하여 금속배선을 형성한다. Next, the metal layer 45 is formed by etching the metal layer 45 for metal wiring and the contact plug metal layer 44 having the remaining thickness using the photoresist pattern 46 as an etching mask.

상기와 같이 종래기술의 제3실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, 하부절연층 상에 소정 두께 남겨놓은 콘택플러그용 금속층에 대해 과도식각공정이 진행되기 때문에 반도체기판의 손실과 플라즈마 유도손상을 최소화할 수 있으나, 상기 콘택플러그용 금속층을 하부절연층 상에 남겨놓기 위한 전면 식각 공정시 과도식각공정을 진행할 수 없고, 하부층의 토폴로지(topology)와 증착 및 식각공정의 균일성에 의하여 잔류 콘택플러그용 금속층의 두께와 후속 식각정지층 식각공정시 발생하는 플라즈마 유도 손상 및 하부 절연층 손실은 비례한다. As described above, in the method of forming the metal wiring of the semiconductor device according to the third embodiment of the prior art, since the overetch process is performed on the contact plug metal layer having a predetermined thickness on the lower insulating layer, the loss of the semiconductor substrate and the plasma induction Damage can be minimized, but the over-etching process cannot be performed during the entire surface etching process for leaving the contact plug metal layer on the lower insulating layer, and the remaining contact is caused by the topology of the lower layer and the uniformity of the deposition and etching process. The thickness of the metal layer for the plug and the plasma induced damage and lower insulating layer loss occurring during the subsequent etching stop layer etching process are proportional to each other.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 접착층과 확산방지층을 식각정지층으로 사용하되, 식각 대상층들이 전기적으로 연결되어 있는 상태에서 식각 대상층에 대한 과도 식각을 완료한 후, 식각 정지층에 대하여 상대적으로 짧은 공정 시간의 과도식각을 진행함으로써 폴러-노드하임 터널링 현상에 의한 하부절연층의 손상 및 손실을 최소화하여 반도체소자의 식각방법을 제공하는데 그 목적이 있다.  The present invention, in order to solve the above problems of the prior art, using the adhesive layer and the diffusion barrier layer as an etch stop layer, after completing the excessive etching of the target layer in the etching target layer electrically connected, the etch stop layer It is an object of the present invention to provide an etching method of a semiconductor device by minimizing damage and loss of a lower insulating layer caused by a polar-nodeheim tunneling phenomenon by performing excessive etching with a relatively short process time.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 식각방법은, In order to achieve the above object, the etching method of a semiconductor device according to the present invention,

반도체기판 상부에 단위소자가 형성된 하부절연층을 형성하는 공정과,Forming a lower insulating layer having unit devices formed on the semiconductor substrate;

상기 단위소자 중에서 워드라인을 노출시키는 금속배선 콘택홀을 형성하는 공정과,Forming a metal wiring contact hole exposing a word line in the unit device;

전체표면 상부에 식각정지층으로 접착층 및 확산방지층을 형성하는 공정과,Forming an adhesive layer and a diffusion barrier layer as an etch stop layer on the entire surface;

전체표면 상부에 콘택플러그용 금속층을 형성한 다음, 전면식각공정을 실시하여 상기 금속배선 콘택홀을 매립시키는 콘택플러그를 형성하는 공정과,Forming a contact plug on the entire surface, and then forming a contact plug to bury the metal wiring contact hole by performing a front etching process;

전체표면 상부에 금속배선용 금속층을 형성하고, 상기 금속배선용 금속층 상부에 금속배선으로 예정되는 부분을 보호하는 감광막패턴을 형성하는 공정과, Forming a metal layer for metal wiring on the entire surface, and forming a photosensitive film pattern on the metal layer for metal wiring to protect a portion intended for metal wiring;

상기 감광막패턴을 식각마스크로 상기 금속배선용 금속층을 식각하여 금속배선을 형성하되, 상기 접착층과 확산방지층을 식각정지층으로 사용하는 공정과,Forming a metal wiring by etching the metal layer for the metal wiring using the photoresist pattern as an etch mask, and using the adhesive layer and the diffusion barrier layer as an etch stop layer;

상기 감광막패턴을 식각마스크로 사용하여 접착층과 확산방지층을 식각하는 공정과, Etching the adhesive layer and the diffusion barrier layer by using the photoresist pattern as an etching mask;                     

상기 감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. And including a step of removing the photoresist pattern.

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 5a 내지 도 5f 는 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도이다. 5A to 5F are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention.

먼저, 반도체기판(51) 상부에 워드라인(52), 비트라인 및 캐패시터 등의 단위소자를 형성하고, 전체표면 상부에 하부절연층(53)을 형성한다. First, unit devices such as a word line 52, a bit line, and a capacitor are formed on the semiconductor substrate 51, and a lower insulating layer 53 is formed on the entire surface.

다음, 금속배선 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 상기 워드라인(52)을 노출시키는 금속배선 콘택홀을 형성한다. Next, a metal wiring contact hole for exposing the word line 52 is formed by an etching process using a metal wiring contact mask.

그 다음, 전체표면 상부에 접착층과 확산방지층(54)을 순차적으로 형성한다. 이때, 상기 접착층과 확산방지층(54)은 Ti막과 TiN막을 이용하여 각각 10 ∼ 10000Å 두께로 형성되고, 후속공정에서 식각정지층으로 사용된다. Next, the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 are sequentially formed on the entire surface. At this time, the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 is formed to each 10 ~ 10000Å thickness using a Ti film and a TiN film, and is used as an etch stop layer in a subsequent process.

다음, 전체표면 상부에 콘택플러그용 금속층(55)을 형성한다. 상기 콘택플러그용 금속층(55)은 매립특성이 우수한 텅스텐층으로 형성한다. Next, a contact plug metal layer 55 is formed on the entire surface. The contact plug metal layer 55 is formed of a tungsten layer having excellent embedding characteristics.

그 다음, 전면식각공정으로 상기 콘택플러그용 금속층(55)을 제거하여 콘택플러그(36)를 형성하되, 상기 식각공정은 상기 접착층과 확산방지층(54)을 식각정지층으로 사용하여 실시한다. 이때, 상기 식각공정은 상기 콘택플러그용 금속층(55)에 대한 주식각공정과 과도식각공정으로 진행된다. Then, the contact plug 36 is formed by removing the contact plug metal layer 55 by the front etching process, and the etching process is performed by using the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 as an etch stop layer. In this case, the etching process is performed by the stock etching process and the transient etching process for the contact plug metal layer 55.

상기 식각공정 후 식각정지층으로 접착층과 확산방지층(54)이 존재하여 콘택플러그(56)가 전기적으로 모두 연결되어 있기 때문에 플라즈마 유도손상 및 하부절 연층(53)의 손실이 발생하지 않고, 콘택플러그용 금속층(55)에 대한 과도식각공정으로 상기 접착층과 확산방지층(54)의 두께를 안정적으로 확보할 수 있다. (도 5a, 도 5b 참조)Since the contact plug 56 is electrically connected because the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 exist as the etch stop layer after the etching process, the plasma induced damage and the loss of the lower insulation layer 53 do not occur. By the transient etching process for the metal layer 55, the thickness of the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 can be secured stably. (See FIG. 5A, FIG. 5B)

다음, 전체표면 상부에 금속배선용 금속층(57a)과 하드마스크용 절연막(58a)을 순차적으로 형성하고, 상기 하드마스크용 절연막(58a) 상부에 금속배선으로 예정되는 부분을 보호하는 감광막패턴(59)을 형성한다. 이때, 상기 하드마스크용 절연막(58a)은 산화막 또는 질화막을 이용하여 1 ∼ 10000Å 두께로 형성한다. 여기서, 상기 하드마스크용 절연막(58a)의 증착공정은 생략될 수도 있다. (도 5c 참조)Next, the metal layer 57a for hard wiring and the insulating layer 58a for hard mask are sequentially formed on the entire surface, and the photoresist pattern 59 for protecting a portion of the hard mask insulating layer 58a, which is intended for metal wiring, is formed on the entire surface. To form. At this time, the hard mask insulating film 58a is formed to have a thickness of 1 to 10000 GPa using an oxide film or a nitride film. The deposition process of the hard mask insulating layer 58a may be omitted. (See Figure 5c)

그 다음, 상기 감광막패턴(59)을 식각마스크로 상기 하드마스크용 절연막(58a)을 식각하여 하드마스크용 절연막패턴(58b)을 형성한다. (도 5d 참조)Next, the hard mask insulating layer 58a is etched using the photoresist pattern 59 as an etch mask to form a hard mask insulating layer pattern 58b. (See FIG. 5D)

다음, 상기 감광막패턴(59)과 하드마스크용 절연막패턴(58b)을 식각마스크로 상기 금속배선용 금속층(57a)을 식각하여 금속배선(57b)을 형성하되, 1 ∼ 300%의 범위에서 과도식각공정을 실시한다. 이때, 상기 감광막패턴(59)의 소정 두께가 손실되고, 상기 금속배선용 금속층(57a)과 접착층과 확산방지층(54)의 높은 식각선택비에 의해 남아 있는 상기 접착층과 확산방지층(54)에 의하여 상기 금속배선(57b)이 전기적으로 연결되어 있는 상태이기 때문에 하부절연층(53)이 손실되지 않고, 플라즈마 유도 손상도 제한된다. (도 5e 참조)Next, the metallization layer 57a is etched using the photoresist layer pattern 59 and the hard mask insulation layer pattern 58b as an etch mask to form the metallization 57b, but the transient etching process is performed in a range of 1 to 300%. Is carried out. At this time, the predetermined thickness of the photoresist layer pattern 59 is lost, and the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 remain due to the high etching selectivity of the metallization metal layer 57a, the adhesive layer, and the diffusion barrier layer 54. Since the metal wiring 57b is electrically connected, the lower insulating layer 53 is not lost and plasma induced damage is also limited. (See Figure 5E)

그 다음, 상기 감광막패턴(59)과 하드마스크용 절연막패턴(58b)을 식각장벽으로 상기 접착층과 확산방지층(54)을 식각하되, 1 ∼ 300%의 범위에서 과도식각공정을 실시한다. 이때, 상기 감광막패턴(59) 및 소정 두께의 하드마스크용 절연막패 턴(58b)이 손실될 수 있고, 상기 접착층과 확산방지층(54)을 식각정지층으로 사용하는 경우 종래기술에서 텅스텐층을 식각정지층으로 사용하는 경우보다 낮은 두께에 대한 과도식각공정이 진행되기 때문에 하부절연층(53)의 손실과 플라즈마 유도 손상을 최소화할 수 있다. (도 5f 참조)Next, the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 are etched using the photoresist pattern 59 and the hard mask insulation layer pattern 58b as an etch barrier, and the etching process is performed in the range of 1 to 300%. At this time, the photoresist pattern 59 and the hard mask insulating layer pattern 58b of a predetermined thickness may be lost, and when the adhesive layer and the diffusion barrier layer 54 are used as an etch stop layer, the tungsten layer is etched in the related art. Since the over-etching process for a lower thickness than the stop layer is used, the loss of the lower insulating layer 53 and the plasma induced damage can be minimized. (See Figure 5f)

다음, 잔류하는 감광막패턴(59)과 하드마스크용 절연막패턴(58b)을 제거한다. Next, the remaining photosensitive film pattern 59 and the hard mask insulating film pattern 58b are removed.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 식각방법은, 전도체 배선 식각공정에 발생하는 플라즈마 유도손상을 최소화할 수 있으며, 식각대상층에 대한 식각공정, 과도 식각 공정 중 발생하는 불균일한 전하축적현상은 전기장을 형성하지만 하부식각 정지층에 의하여 식각대상층이 전기적으로 연결되어 있으므로 하부절연물질에 영향을 주지 않고, 전하축적에 의한 하부절연층의 손상은 상대적으로 두께가 얇은 식각정지층의 식각시에만 발생하므로 상대적으로 손상정도가 낮다. 따라서, 반도체소자의 특성 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다. As described above, the etching method of the semiconductor device according to the present invention can minimize the plasma induced damage generated in the conductor wiring etching process, and the uneven charge accumulation phenomenon occurring during the etching process and the etching process for the etching target layer. Is an electric field, but since the object to be etched is electrically connected by the lower etch stop layer, it does not affect the lower insulating material, and the damage of the lower insulating layer due to charge accumulation is performed only when etching the relatively thin etch stop layer. As it occurs, the damage is relatively low. Therefore, there is an effect that can prevent the deterioration of characteristics of the semiconductor device.

Claims (9)

반도체기판 상부에 단위소자가 형성된 하부절연층을 형성하는 공정과,Forming a lower insulating layer having unit devices formed on the semiconductor substrate; 상기 단위소자 중에서 워드라인을 노출시키는 금속배선 콘택홀을 형성하는 공정과,Forming a metal wiring contact hole exposing a word line in the unit device; 전체표면 상부에 식각정지층으로 접착층 및 확산방지층을 형성하는 공정과,Forming an adhesive layer and a diffusion barrier layer as an etch stop layer on the entire surface; 전체표면 상부에 콘택플러그용 금속층을 형성한 다음, 전면식각공정을 실시하여 상기 금속배선 콘택홀을 매립시키는 콘택플러그를 형성하는 공정과,Forming a contact plug on the entire surface, and then forming a contact plug to bury the metal wiring contact hole by performing a front etching process; 전체표면 상부에 금속배선용 금속층을 형성하고, 상기 금속배선용 금속층 상부에 금속배선으로 예정되는 부분을 보호하는 감광막패턴을 형성하는 공정과, Forming a metal layer for metal wiring on the entire surface, and forming a photosensitive film pattern on the metal layer for metal wiring to protect a portion intended for metal wiring; 상기 감광막패턴을 식각마스크로 상기 금속배선용 금속층을 식각하여 금속배선을 형성하되, 상기 접착층과 확산방지층을 식각정지층으로 사용하는 공정과,Forming a metal wiring by etching the metal layer for the metal wiring using the photoresist pattern as an etch mask, and using the adhesive layer and the diffusion barrier layer as an etch stop layer; 상기 감광막패턴을 식각마스크로 사용하여 접착층과 확산방지층을 식각하는 공정과,Etching the adhesive layer and the diffusion barrier layer by using the photoresist pattern as an etching mask; 상기 감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법.And removing the photosensitive film pattern. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 접착층은 Ti막을 10 ∼ 10000 Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법. The adhesive layer is a metal film forming method of a semiconductor device, characterized in that for forming a Ti film 10 to 10000 Å thickness. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 접착층은 TiN막을 10 ∼ 10000 Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법.The adhesive layer is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that for forming a TiN film of 10 to 10000 Å thickness. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 콘택플러그용 금속층은 텅스텐층을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법. The metal layer for forming a contact plug is formed using a tungsten layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 감광막패턴은 하드마스크용 절연막패턴과 감광막패턴의 적층구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법. The photosensitive film pattern is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that formed in a stacked structure of the insulating film pattern for the hard mask and the photosensitive film pattern. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 하드마스크용 절연막패턴은 질화막 또는 산화막을 사용하여 10 ∼ 10000 Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법. The method for forming a metal wiring of a semiconductor device, wherein the insulating layer pattern for the hard mask is formed to have a thickness of 10 to 10000 GPa using a nitride film or an oxide film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 콘택플러그는 상기 콘택플러그용 금속층을 1 ∼ 300% 범위에서 과도식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법. The contact plug is formed by over-etching the contact plug metal layer in the range of 1 to 300%. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속배선은 상기 금속배선용 금속층을 1 ∼ 300% 범위에서 과도식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법. The metal wiring is formed by over-etching the metal layer for metal wiring in the range of 1 to 300%. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 접착층과 확산방지층은 1 ∼ 300% 범위에서 과도식각하여 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법.The adhesive layer and the diffusion barrier layer is removed by over-etching in the range of 1 to 300%.
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