KR100642486B1 - Method for fabricating a trench of dual damascene interconnection in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a dual damascene wiring trench according to the prior art.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method for forming a dual damascene wiring trench according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 배선 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자의 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a wiring of a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a dual damascene wiring trench for a semiconductor device.
최근 전기적 특성이 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)보다 좋은 구리(Cu) 배선이 도입되면서, 구리에 대한 건식 식각의 어려움을 극복하기 위한 듀얼 다마신(dual damascene) 공정이 널리 사용되고 있다. 이 듀얼 다마신 공정에 따르면, 비아홀 및 트랜치를 형성하고, 비아홀 및 트랜치 내부를 구리막으로 채운 뒤에 평탄화 공정을 수행한다.Recently, as copper (Cu) wiring having better electrical characteristics than aluminum (Al) or tungsten (W) has been introduced, a dual damascene process for overcoming the difficulty of dry etching of copper has been widely used. According to this dual damascene process, via holes and trenches are formed, and the via holes and trenches are filled with a copper film, followed by a planarization process.
보다 구체적으로 설명하면, 하부 금속막 위에 식각 정지막 및 금속간 절연막을 순차적으로 형성한다.In more detail, the etch stop film and the intermetallic insulating film are sequentially formed on the lower metal film.
여기에서, 상기 금속간 절연막은 FSG, BPSG, d-TEOS 또는 USG막 중에서 선택된 어느 한 재질의 단층 구조로 이루어지거나, 상기 재질의 절연막을 2층 이상의 복층 구조로 이루어질 수 있다.Here, the intermetallic insulating film may be formed of a single layer structure of any one material selected from FSG, BPSG, d-TEOS, or USG film, or may be formed of a multilayer structure of two or more layers of the insulating film of the material.
그리고, 상기 금속간 절연막을 복층 구조로 구성하는 경우에는 하측의 제1 절연막과 상측의 제2 절연막 사이에 상기 절연막과의 식각 선택비가 높은 물질막, 예컨대 SiN 또는 SiC막을 형성하는데, 상기 SiN 또는 SiC막은 트렌치 형성시의 식각 정지막으로 작용한다.When the intermetallic insulating film has a multilayer structure, a material film having a high etching selectivity with respect to the insulating film is formed between the lower first insulating film and the upper second insulating film, for example, a SiN or SiC film. The film acts as an etch stop film during trench formation.
금속간 절연막을 형성한 후에는 비아 퍼스트(first) 방식 또는 트렌치 퍼스트 방식에 의해 비아홀 및 트렌치를 형성한다. 여기에서, 상기 비아 퍼스트 방식은 비아홀을 먼저 형성한 후 트렌치를 형성하는 방법을 말하고, 트렌치 퍼스트 방식은 트렌치를 먼저 형성한 후 비아홀을 형성하는 방법을 말한다.After the intermetallic insulating film is formed, the via holes and the trenches are formed by the via first method or the trench first method. Here, the via first method refers to a method of forming a trench after forming a via hole first, and the trench first method refers to a method of forming a via hole after forming a trench first.
이후, 비아홀에 의해 노출되는 식각 정지막을 제거하여 하부 금속막을 노출시킨 후에, 장벽 금속막 및 상부 금속막을 순차적으로 형성한다.Thereafter, the etch stop film exposed by the via hole is removed to expose the lower metal film, and then the barrier metal film and the upper metal film are sequentially formed.
그런데 상기한 듀얼 다마신 공정에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이 금속간 절연막(106)을 단층 구조로 형성한 경우에는 트렌치(T1,T2)의 식각 깊이(D1,D2)에 차이가 발생되고, 트렌치(T1,T2)의 모서리부가 더 깊게 식각되는 마이크로 트렌치 현상(A부분)이 발생되는 문제점이 있다. 도 1에서, 미설명 도면부호 100은 하부 절연막, 102는 하부 금속막, 104는 식각 정지막을 각각 나타낸다.However, in the dual damascene process, when the intermetallic
그리고, 도시하지는 않았지만 식각 정지막으로서 SiN 또는 SiC막을 구비하는 복층 구조로 금속간 절연막을 형성하는 경우에는 아래와 같은 문제점이 발생하게 된다.Although not shown, the following problem occurs when the intermetallic insulating film is formed in a multilayer structure having SiN or SiC film as an etch stop film.
잘 알려진 바와 같이 상기 SiN 또는 SiC막은 고유전율(high-k) 물질이므로, SiN 또는 SiC막을 완전히 제거하지 못하는 경우 RC 지연을 증가시켜 소자의 성능을 열화시킨다. 따라서, RC 지연을 감소시키기 위하여 금속간 절연막으로서 낮은 유전율(low-k)을 갖는 절연막을 사용하는 효과가 반감된다.As is well known, since the SiN or SiC film is a high-k material, when the SiN or SiC film cannot be completely removed, the RC delay is increased to degrade the device performance. Thus, the effect of using an insulating film having a low dielectric constant (low-k) as the intermetallic insulating film to reduce the RC delay is halved.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 식각 정지막의 사용으로 인한 RC 지연을 줄일 수 있고, 트렌치 식각 깊이의 불균일성 및 마이크로 트렌치 현상 발생을 억제할 수 있는 반도체 소자의 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for forming a dual damascene wiring trench of a semiconductor device that can reduce the RC delay due to the use of the etch stop layer, and can suppress the variation of trench etching depth and the occurrence of micro trench phenomenon. .
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above technical problem,
하부 금속막 위에 제1 식각 정지막을 형성하는 단계;Forming a first etch stop layer on the lower metal layer;
제1 절연막, 제2 식각 정지막 및 제2 절연막을 포함하는 금속간 절연막을 제1 식각 정지막 위에 형성하는 단계; 및Forming an intermetallic insulating film including a first insulating film, a second etch stop film, and a second insulating film on the first etch stop film; And
마스크 패턴을 이용하여 상기 금속간 절연막을 식각함으로써 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench by etching the intermetallic insulating layer using a mask pattern;
를 포함하며, 상기 제2 식각 정지막으로는 저유전율의 SiH4를 사용하는 반도체 소자의 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법을 제공한다.And a trench forming method for dual damascene interconnection of a semiconductor device using SiH 4 having a low dielectric constant as the second etch stop layer.
상기 트렌치를 형성하는 단계는,Forming the trench,
제2 식각 정지막이 노출될 때까지 제2 절연막을 식각하는 제1 식각 단계; 및Etching the second insulating layer until the second etch stop layer is exposed; And
제2 식각 정지막을 오버 식각하는 제2 식각 단계;A second etching step of over-etching the second etching stop layer;
를 포함한다.It includes.
상기 제1 및 제2 식각 단계에서는 C5F8를 포함하는 공정 가스를 사용하여 식각을 실시하는데, 제1 식각 단계에서는 C5F8과 O2 가스를 0.5~1 : 1의 비율로 공급하고, 제2 식각 단계에서는 C5F8과 O2 가스를 1~2 : 1의 비율로 공급하는 것이 바람직하다.In the first and second etching steps, the etching process is performed using a process gas including C 5 F 8. In the first etching step, C 5 F 8 and O 2 gases are supplied at a ratio of 0.5 to 1: 1. In the second etching step, C 5 F 8 and O 2 gas is preferably supplied at a ratio of 1-2: 1.
상기 제1 식각 단계에서는 1400~1900W의 소스 파워와 1000~1500W의 바이어스 파워를 인가한 상태에서 20~40mT의 압력 및 10~20℃의 온도를 유지하면서 공정 가스로 10~25sccm의 C5F8과 15~30sccm의 O2 및 500~1000sccm의 Ar을 사용하는 것이 바람직하다.In the first etching step, C 5 F 8 having 10-25 sccm of process gas while maintaining a pressure of 20-40 mT and a temperature of 10-20 ° C. while applying a source power of 1400-1900 W and a bias power of 1000-1500 W. And 15 to 30 sccm O 2 and 500 to 1000 sccm Ar are preferable.
상기 제2 식각 단계에서는 1000~1500W의 소스 파워와 1000~1500W의 바이어스 파워를 인가한 상태에서 20~40mT의 압력 및 10~20℃의 온도를 유지하면서 공정 가스로 15~30sccm의 C5F8과 10~25sccm의 O2 및 500~1000sccm의 Ar을 사용하는 것이 바람직하다.In the second etching step, C 5 F 8 having 15 to 30 sccm of process gas while maintaining a pressure of 20 to 40 mT and a temperature of 10 to 20 ° C. while a source power of 1000 to 1500 W and a bias power of 1000 to 1500 W are applied. And 10 to 25 sccm O 2 and 500 to 1000 sccm Ar are preferable.
그리고, 제2 식각 정지막과의 식각 선택비는 C5F8 : O2의 비로 조절하며, 제2 식각 정지막의 두께는 전체 금속간 절연막 두께의 10~20% 범위내에서 500~1500Å로 형성하는 것이 바람직하다.The etch selectivity with the second etch stop layer is controlled by a ratio of C 5 F 8 : O 2 , and the thickness of the second etch stop layer is 500 to 1500 1 within 10 to 20% of the total intermetallic thickness. It is desirable to.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method for forming a trench for dual damascene wiring in a semiconductor device according to the present invention.
먼저 도 2를 참조하면, 하부 절연막(10)과 이 절연막(10) 내에 배치된 하부 금속막(12) 위에 제1 식각 정지막(14)을 형성하고, 제1 식각 정지막(14) 위에 제1 절연막(16a), 제2 식각 정지막(16b), 제2 절연막(16c)을 순차적으로 형성한다. 여기에서, 상기 제1 절연막(16a), 제2 식각 정지막(16b) 및 제2 절연막(16c)은 금속간 절연막(16)을 구성한다.First, referring to FIG. 2, a first
도면에 나타내지는 않았지만, 제1 식각 정지막(14)과 제1 절연막(16a) 사이에는 제1 캡핑막을 형성할 수 있고, 제2 절연막(16c) 위에는 제2 캡핑막을 더욱 형성할 수 있다. 그리고, 하부 금속막(12)은 하부의 다른 금속막에 연결되거나, 반도체 기판의 불순물 영역에 직접 연결될 수도 있다.Although not shown, a first capping layer may be formed between the first
하부 금속막(12)은 구리(Cu)막이며, 비록 도면상에는 두 개만이 도시되어 있 지만 이는 일 예로서, 더 많을 수도 있고 반대로 하나만 있을 수도 있다. 상기 제2 식각 정지막(16b)은 저유전율의 SiH4를 금속간 절연막 전체 두께(T)의 10~20%에 해당하는 범위 내에서 500~1500Å의 두께(t)로 형성하며, 제1 및 제2 절연막(16a,16c)은 FSG, BPSG, d-TEOS 또는 USG 중에서 선택된 어느 한 막질로 형성한다.The
다음에 도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 절연막(16c) 위에 트렌치 형성용 마스크 패턴(미도시)을 포토레지스트막 패턴으로 형성한다. 그리고 이 마스크 패턴을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 제2 절연막(16c) 및 제2 식각 정지막(16b)을 식각하여 트렌치(T1,T2)를 형성한다.3 and 4, a trench forming mask pattern (not shown) is formed on the second
보다 구체적으로 설명하면, 상기 트렌치(T1,T2) 형성을 위한 식각 공정은 제2 식각 정지막(16b)이 노출될 때까지 제2 절연막(16c)을 식각하는 제1 식각 단계와, 제2 식각 정지막(16b)을 오버 식각하는 제2 식각 단계로 이루어진다.In more detail, the etching process for forming the trenches T1 and T2 may include a first etching step of etching the second
상기 제1 및 제2 식각 단계에서는 C5F8과 O2를 포함하는 공정 가스를 사용하여 식각을 실시하는데, 이때, 상기 제2 식각 정지막과의 식각 선택비는 C5F8 : O2의 비로 조절한다.In the first and second etching steps, etching is performed using a process gas including C 5 F 8 and O 2 , wherein the etching selectivity with the second etching stop layer is C 5 F 8 : O 2 Adjust the ratio of.
먼저, 제1 식각 단계에서는 C5F8과 O2 가스를 0.5~1 : 1의 비율로 공급하면서 식각을 진행한다.First, in the first etching step, the etching is performed while supplying C 5 F 8 and O 2 gas at a ratio of 0.5 to 1: 1.
예컨대 상기 제1 식각 단계에서는 공정 가스로 10~25sccm의 C5F8과 15~30sccm의 O2 및 500~1000sccm의 Ar을 사용하며, 1400~1900W의 소스 파워와 1000~1500W의 바이어스 파워를 인가한 상태에서 20~40mT의 압력 및 10~20℃의 온도를 유지하면서 식각을 진행한다.For example, in the first etching step, C 5 F 8 of 10-25 sccm, O 2 of 15-30 sccm and Ar of 500-1000 sccm are used as a process gas, and a source power of 1400-1900 W and a bias power of 1000-1500 W are applied. Etching is performed while maintaining a pressure of 20-40 mT and a temperature of 10-20 ° C. in one state.
상기한 제1 식각 단계가 완료되면, 도 3에 도시한 바와 같이 제2 식각 정지막(16b)이 노출된다. 그런데, 상기 제1 식각 단계가 완료된 후에는 식각 깊이의 불균일성으로 인해 일부 트렌치(T1)에서는 제2 식각 정지막(16b)이 노출되지 않을 수도 있으며, 또한 마이크로 트렌치 현상(A부분)이 발생될 수 있다.When the first etching step is completed, as shown in FIG. 3, the second
따라서, 상기 제1 식각 단계를 완료한 후에는 식각 깊이(D1,D2)의 불균일성(D1≠D2) 및 마이크로 트렌치 현상 발생으로 인한 문제점을 제거하기 위해 제2 식각 단계를 진행하는데, 제2 식각 단계에서는 C5F8과 O2 가스를 1~2 : 1의 비율로 공급하면서 식각을 진행한다.Therefore, after the first etching step is completed, a second etching step is performed to eliminate the problems caused by nonuniformity (D1 ≠ D2) of the etching depths D1 and D2 and the occurrence of the micro trench phenomenon. Etching is performed while supplying C 5 F 8 and O 2 gas at a ratio of 1 to 2: 1.
예컨대, 상기 제2 식각 단계에서는 공정 가스로 15~30sccm의 C5F8과 10~25sccm의 O2 및 500~1000sccm의 Ar을 사용하며, 1000~1500W의 소스 파워와 1000~1500W의 바이어스 파워를 인가한 상태에서 20~40mT의 압력 및 10~20℃의 온도를 유지하면서 식각을 진행한다.For example, in the second etching step, C 5 F 8 of 15 to 30 sccm, O 2 of 10 to 25 sccm, and Ar of 500 to 1000 sccm are used as the process gas, and source power of 1000 to 1500 W and bias power of 1000 to 1500 W are used. Etching is performed while maintaining a pressure of 20-40 mT and a temperature of 10-20 ° C. in the applied state.
이와 같이, 제2 식각 단계가 완료되면, 도 4에 도시한 바와 같이 트렌치(T1,T2)의 식각 깊이(D1',D2')가 균일하게 형성되며, 마이크로 트렌치 현상이 제거된다.As such, when the second etching step is completed, the etching depths D1 ′ and D2 ′ of the trenches T1 and T2 are uniformly formed as shown in FIG. 4, and the micro trench phenomenon is removed.
또한, 상기 제2 식각 정지막(16b)이 저유전율의 SiH4로 이루어지므로, RC 지연으로 인한 소자의 성능 열화를 억제할 수 있다.In addition, since the second
그리고, 도시하지는 않았지만 트렌치(T1,T2)의 내측에 형성되는 비아홀은 상기 트렌치(T1,T2)를 형성하기 이전 또는 이후에 형성할 수 있으며, 비아홀 및 트렌치(T1,T2)의 내부가 채워지도록 상부 금속막을 구리(Cu)막으로 형성한 후 통상의 화학적 기계적 평탄화 공정을 수행하여 듀얼 다마신 배선을 완성한다.Although not shown, a via hole formed inside the trenches T1 and T2 may be formed before or after the trenches T1 and T2, and the via holes and the trenches T1 and T2 may be filled. After the upper metal film is formed of a copper (Cu) film, a conventional chemical mechanical planarization process is performed to complete the dual damascene wiring.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 듀얼 다마신 배선용 트렌치 형성 방법에 의하면, 트렌치 식각에 사용되는 제2 식각 정지막을 저유전율의 SiH4로 형성함으로써, RC 지연으로 인한 소자 특성 열화를 방지할 수 있다.As described above, according to the method for forming a dual damascene wiring trench for a semiconductor device according to the present invention, the second etching stop film used for trench etching is formed of SiH 4 having a low dielectric constant, thereby deteriorating device characteristics due to RC delay. You can prevent it.
또한, 상기 트렌치 식각 공정을 제2 절연막을 식각하는 제1 식각 단계와 제2 식각 정지막을 오버 식각하는 제2 식각 단계로 구성함으로써, 트렌치 식각 깊이의 불균일성 및 마이크로 트렌치 현상 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.In addition, the trench etching process may include a first etching step of etching the second insulating layer and a second etching step of over-etching the second etching stop layer, thereby suppressing nonuniformity of trench etching depth and occurrence of micro trench phenomenon. There is.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
Claims (9)
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KR1020050055642A KR100642486B1 (en) | 2005-06-27 | 2005-06-27 | Method for fabricating a trench of dual damascene interconnection in semiconductor device |
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KR20010079765A (en) * | 1998-09-08 | 2001-08-22 | 조셉 제이. 스위니 | In-situ integrated oxide etch process particulary useful for copper dual damascene |
KR20020070631A (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-10 | 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 | Interconnect structure with precise conductor resistance and method to form same |
-
2005
- 2005-06-27 KR KR1020050055642A patent/KR100642486B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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