KR100807026B1 - Method of fabricating semicondcucor device - Google Patents

Method of fabricating semicondcucor device Download PDF

Info

Publication number
KR100807026B1
KR100807026B1 KR1020060134035A KR20060134035A KR100807026B1 KR 100807026 B1 KR100807026 B1 KR 100807026B1 KR 1020060134035 A KR1020060134035 A KR 1020060134035A KR 20060134035 A KR20060134035 A KR 20060134035A KR 100807026 B1 KR100807026 B1 KR 100807026B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
film
etching
interlayer insulating
sacrificial
Prior art date
Application number
KR1020060134035A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김대균
Original Assignee
동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동부일렉트로닉스 주식회사 filed Critical 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority to KR1020060134035A priority Critical patent/KR100807026B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100807026B1 publication Critical patent/KR100807026B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76807Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics for dual damascene structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/311Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76832Multiple layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

A method for fabricating a semiconductor device is provided to simplify a fabricating process by eliminating the necessity of a process for forming a photoresist layer in the lower part of a contact hole before a trench is etched. A lower interconnection(115) is formed on a semiconductor substrate. An interlayer dielectric(140) is stacked on the lower interconnection. A sub layer(143) having etch selectivity with respect to the interlayer dielectric, a first sacrificial layer(145) having etch selectivity with respect to the sub layer, and a second sacrificial layer(147) having etch selectivity with respect to the first sacrificial layer are sequentially formed on the interlayer dielectric. The second sacrificial layer is made of the same material as the sub layer, thicker than the sub layer. A mask pattern for forming a contact hole is formed on the second sacrificial layer, and the second sacrificial layer, the first sacrificial layer, the sub layer and the interlayer dielectric are etched to remove a predetermined thickness of at least the interlayer dielectric. A mask pattern(165) for forming a trench(175) is formed in the substrate, and the second and first sacrificial layers in a trench region is etched. The mask pattern for forming the trench is removed, and the sub layer exposed to the trench region is etched wherein a predetermined thickness of the second sacrificial layer is left. The interlayer dielectric is etched by using the residual second sacrificial layer as an etch mask so that at least part of the lower interconnection is exposed.

Description

반도체 장치 제조 방법{Method of fabricating semicondcucor device} Method of fabricating a semiconductor device {Method of fabricating semicondcucor device}

도1 내지 도5는 종래의 기술에 따른 반도체 장치 제조 방법을 나타내는 공정 단면도들이며,1 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the related art.

도6 내지 도11은 본 발명 반도체 장치 제조 방법의 일 실시예의 각 단계를 나타내는 공정 단면도들이다.6 to 11 are process cross-sectional views showing respective steps of an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

본 발명은 반도체 장치 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 층간 배선의 연결을 위한 콘택 형성 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a contact for connecting interlayer wiring.

반도체 장치는 반도체 기판에 도체 및 부도체, 반도체 막을 형성하고 가공하여 전자, 전기 소자 및 배선을 형성하여 이루어지는 회로 장치의 일종이다. 반도체 장치의 고집적화가 진행되면서 반도체 장치는 매우 복잡하고 정밀하게 이루어지고 있으며, 그 형성 공정은 극도로 정밀하게 조건이 제어될 필요가 있다. A semiconductor device is a type of circuit device formed by forming a conductor, a non-conductor, and a semiconductor film on a semiconductor substrate to form an electronic, electrical element, and wiring. As the integration of semiconductor devices has progressed, semiconductor devices have become very complex and precise, and the formation process needs to be controlled with extreme precision.

반도체 장치의 고집적화를 위해 소자 및 배선의 크기가 점차 줄어들고, 한정된 면적에 많은 소자를 형성하기 위해 다층화가 이루어진다. 소자와 배선을 연결하 고, 상층 배선과 하층 배선을 연결하기 위해 층간 절연막에 홀을 형성하고 홀에 도체를 채워 콘택을 형성하게 된다.The size of devices and wirings is gradually reduced for high integration of semiconductor devices, and multilayering is performed to form many devices in a limited area. In order to connect the device and the wiring, and to connect the upper wiring and the lower wiring, a hole is formed in the interlayer insulating film and a conductor is filled in the hole to form a contact.

소자 고집적화에 따라 소자 및 배선이 폭이 작아지고 이에 따라 배선 저항이 증가하여 동작 신호가 전달될 때 저항 캐퍼시터 지연(RC DELAY)을 일으킬 수 있고, 소자 동작의 신뢰성 안정성이 문제될 수 있다. 내부 저항을 줄이는 방법의 하나로 배선 금속으로 구리를 사용하는 경우가 늘고 있다. 배선 금속으로 구리를 사용하는 경우, 구리의 잘 식각되지 않는 특성때문에 다마신 기법이 많이 사용된다. 이중 다마신(dual damascene) 공정은 층간 절연막에 비아(via)와 트렌치(trench)를 형성한 후 구리를 매립하고 평탄화시키는 공정이다. As the device is highly integrated, the width of the device and the wiring may be reduced, and thus the resistance of the wiring may be increased, thereby causing a resistance capacitor delay (RC DELAY) when the operation signal is transmitted, and the reliability and stability of the operation of the device may be a problem. One way to reduce internal resistance is to use copper as the wiring metal. When copper is used as the wiring metal, the damascene technique is frequently used because of its poor etching properties. The dual damascene process is a process of forming a via and a trench in an interlayer insulating film, and then filling and planarizing copper.

도 1을 참조하면, 실리콘 산화막으로 절연막이 형성된 기판(10)에 다마신 공정을 통해 하부 배선 패턴(15)이 형성된다. 하부 배선 패턴(15) 위로 층간 절연막을 형성시킨다. 층간 절연막은 스토퍼층(20)인 실리콘 질화막과, 실리콘 산화막(40)을 차례로 적층하여 형성된다. 층간 절연막 위로 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하고 콘택홀(50) 식각을 실시한다. 이때 콘택홀 식각은 하부의 스토퍼층(20)인 실리콘 질화막이 드러날 때까지 이루어진다. Referring to FIG. 1, a lower wiring pattern 15 is formed on a substrate 10 having an insulating layer formed of a silicon oxide film through a damascene process. An interlayer insulating film is formed over the lower wiring pattern 15. The interlayer insulating film is formed by sequentially stacking the silicon nitride film, which is the stopper layer 20, and the silicon oxide film 40. A photoresist mask pattern is formed on the interlayer insulating film, and the contact hole 50 is etched. In this case, the contact hole etching is performed until the silicon nitride film, which is the lower stopper layer 20, is exposed.

도2를 참조하면, 스토퍼층(20)으로 막힌 콘택홀(50)이 기판에 형성된 상태에서 콘택홀 하부에 하부 배선 손상 방지용으로 포토레지스트층(55)을 형성한다. 기판에 포토레지스트를 적층하고, 포토레지스트 종류에 따라 전체 노광을 하거나 하지 않고, 전면적으로 애싱 등으로 포토레지스트를 제거하면 콘택 홀 아래쪽에만 포토레지스트가 잔류될 수 있다. 이런 공정을 위해 흐름성 및 식각시의 보호 능력이 좋은 상표명 노보락 등의 포토레지스트 종류가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 2, the photoresist layer 55 is formed in the lower portion of the contact hole to prevent damage to the lower wiring while the contact hole 50 blocked by the stopper layer 20 is formed on the substrate. When the photoresist is laminated on the substrate and the entire photoresist is removed by ashing or the like without the entire exposure depending on the type of photoresist, the photoresist may remain only under the contact hole. For this process, photoresist types such as Novolak, which are well flowable and well protected during etching, can be used.

도3을 참조하면 도2의 상태에 이어 상부 배선용 트랜치 형성을 위한 포토레지스트 패턴(65)이 형성된다.Referring to FIG. 3, a photoresist pattern 65 for forming an upper wiring trench is formed following the state of FIG. 2.

도4를 참조하면 도3의 상태에 이어, 포토레지스트 패턴(65)을 식각 마스크로 이용하여 층간 절연막 상부에 대한 트렌치 형성 식각을 실시한다. 이 과정에서 콘택 홀 아래쪽의 잔류 포토레지스트층(55)이 두꺼을 경우, 이 포토레지스트층은 트랜치 식각시 트랜치(75) 저면 부분에서 이 포토레지스트층(55)과 접한 실리콘 산화막(40) 부분의 식각을 방해하여 트랜치(75)와 콘택 홀이 연결되는 부분에 위로 볼록한 펜스(80)를 남긴다(펜스 현상).Referring to FIG. 4, following the state of FIG. 3, trench formation etching is performed on the upper portion of the interlayer insulating layer using the photoresist pattern 65 as an etching mask. In this process, when the residual photoresist layer 55 under the contact hole is thick, the photoresist layer is formed on the silicon oxide film 40 in contact with the photoresist layer 55 at the bottom of the trench 75 during the trench etching. Interfering with etching, the convex fence 80 is left at the portion where the trench 75 and the contact hole are connected (fence phenomenon).

도 5를 참조하면, 도4의 상태에서 기판의 포토레지스트 패턴(65')과 콘택홀에 잔류된 포토레지스트층(55)과 기판에 남은 포토레지스트 패턴(65')을 제거한다. 이때 잔류된 포토레지스트층(55)이 충분히 제거되지 않고 남아 그 아래의 실리콘 질화막 스토퍼층(20) 제거를 어렵게 하고, 이후 콘택 플러그(미도시)가 형성된 후 콘택 플러그와 하부 배선 패턴(15)사이의 전기접속을 방해할 수 있다. Referring to FIG. 5, the photoresist pattern 65 ′ of the substrate, the photoresist layer 55 remaining in the contact hole and the photoresist pattern 65 ′ remaining on the substrate are removed in the state of FIG. 4. At this time, the remaining photoresist layer 55 is not sufficiently removed, making it difficult to remove the silicon nitride film stopper layer 20 thereunder, and then, after the contact plug (not shown) is formed, between the contact plug and the lower wiring pattern 15. May interfere with the electrical connection.

또한, 포토레지스트 패턴(65') 제거 후에는 스토퍼층(20) 제거 단계에서 하드마스크로 작용하는 층간 절연막의 트랜치(75) 주변부가 손상되고, 후속의 구리 적층 단계에서 이 부분에 구리가 채워지고 그 다음의 화학적 기계적 연마(CMP) 단계에서 제거되지 않아 결과적으로 상부 배선의 트랜치 폭을 넓히고, 인접한 상부 배선의 이들 부분이 서로 닿아 단락을 일으키는 문제가 있었다. In addition, after the photoresist pattern 65 'is removed, the periphery of the trench 75 of the interlayer insulating film acting as a hard mask in the stopper layer 20 removal step is damaged, and copper is filled in this part in a subsequent copper lamination step. There was a problem that it was not removed in the subsequent chemical mechanical polishing (CMP) step and consequently widened the trench width of the upper wiring, and these portions of adjacent upper wiring touched each other, causing a short circuit.

혹은 화학적 기계적 연마 공정을 이용하여 트렌치(75)나 콘택 홀(90)을 채운 구리 등 배선 물질 가운데 층간 절연막 상면에 쌓인 부분을 제거할 때, 배선 물질의 층간 절연막이 저유전율의 산화막인 경우, 화학적 기계적 연마 공정으로부터 기인한 패턴 불량, 예컨대 톱니모양 패턴(serration pattern:85)과 같은 불량이 발생할 수 있으며, 산화구리 등의 불순물이 층간 절연막 표면에 생성되어 반도체 소자의 수율을 감소시키는 원인으로 작용하기도 한다.Alternatively, when the interlayer insulating film of the wiring material is an oxide film having a low dielectric constant when a portion of the wiring material such as copper filling the trench 75 or the contact hole 90 is accumulated on the upper surface of the interlayer insulating film using a chemical mechanical polishing process, Pattern defects resulting from the mechanical polishing process, such as a serration pattern (85), may occur, and impurities such as copper oxide may be generated on the surface of the interlayer insulating layer, thereby reducing the yield of semiconductor devices. do.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 상부 배선 물질 제거를 위해 화학적 기계적 연마 공정을 진행할 때 혹은 그 전에 스토퍼층을 제거할 때 층간 절연막의 트랜치 주변부에 손상에 의한 톱니모양 패턴이 생겨 단락을 발생시키는 현상을 방지하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the present invention is caused by damage to the trench periphery of the interlayer insulating film when the chemical mechanical polishing process is performed to remove the upper wiring material or when the stopper layer is removed before. It aims at preventing the phenomenon which a serrated pattern produces and a short circuit generate | occur | produces.

또한, 본 발명은 이중 다마신 공정 진행시에 종래의 포토레지스트 잔류층에 의해 펜스 현상이 발생하는 것을 방지하는 방법을 제공할 수도 있다.In addition, the present invention may provide a method for preventing the occurrence of the fence phenomenon by the conventional photoresist residual layer during the dual damascene process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, The present invention for achieving the above object,

반도체 기판에 하부 배선을 형성하는 단계, 하부 배선 위로 층간 절연막을 적층하는 단계, 상기 층간 절연막 위로 상기 층간 절연막과 식각 선택비를 가지는 보조막, 상기 보조막과 식각 선택비를 가지는 제1 희생막, 제1 희생막과 식각선택비를 가지며, 보조막과 동일한 재질이면서 보조막보다 더 두꺼운 제2희생막을 차례 로 형성하는 단계, 제 2 희생막 위로 콘택홀 형성용 마스크 패턴을 형성하고 적어도 상기 층간 절연막의 일부 두께를 제거하도록 제2 희생막, 제1 희생막, 보조막, 층간 절연막을 식각하는 단계, 기판에 콘택홀 형성용 마스크 패턴이 제거된 기판에 트랜치 형성용 마스크 패턴을 형성하고, 트랜치 영역에서 제2 희생막 및 제1 희생막을 식각으로 제거하는 단계, 트랜치 형성용 마스크 패턴을 제거하고 트랜치 영역에 드러난 보조막을 제거하는 식각을 실시하되 상기 제2 희생막의 일부 두께를 남기는 단계, 잔류된 상기 제2 희생막을 식각 마스크로 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 하부 배선의 적어도 일부를 드러내는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Forming a lower wiring on a semiconductor substrate, stacking an interlayer insulating film over the lower wiring, an auxiliary film having an etch selectivity with the interlayer insulating film over the interlayer insulating film, a first sacrificial film having an etch selectivity with the auxiliary film, Sequentially forming a second sacrificial layer having an etching selectivity with the first sacrificial layer and the same material as the auxiliary layer and thicker than the auxiliary layer, forming a contact hole forming mask pattern on the second sacrificial layer, and forming at least the interlayer insulating layer Etching the second sacrificial layer, the first sacrificial layer, the auxiliary layer, and the interlayer insulating layer to remove a part of the thickness of the second insulating layer; forming a trench forming mask pattern on the substrate from which the contact hole forming mask pattern is removed from the substrate; Removing the second sacrificial layer and the first sacrificial layer by etching, removing the trench forming mask pattern, and removing the auxiliary layer exposed in the trench region. Performing etching to, but is characterized in that formed in a step to expose at least a portion of the lower interconnection by etching the interlayer insulating film in the second sacrificial film step, an etch mask, the remaining second sacrificial film, leaving a portion thickness.

본 발명에서 식각은 통상 이방성 건식 식각으로 진행되며, 층간 절연막은 실리콘 산화막 특히 비유전율 3.5미만의 저유전율 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다. In the present invention, etching is usually performed by anisotropic dry etching, and the interlayer insulating film may be formed of a silicon oxide film, particularly a low dielectric constant silicon oxide film having a relative dielectric constant of less than 3.5.

본 발명에서 보조막이나 제2 희생막은 층간 절연막을 실리콘 산화막으로 형성할 때 높은 식각 선택비를 가질 수 있는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다.In the present invention, the auxiliary layer or the second sacrificial layer may be formed of a silicon nitride layer having a high etching selectivity when the interlayer insulating layer is formed of a silicon oxide layer.

본 발명에서 하부 배선을 형성한 뒤에 층간 절연막 형성 전에 스토퍼층으로 사용되는 실리콘 질화막을 형성할 수 있으며, 이 경우, 하부 배선의 적어도 일부를 드러내는 식각 단계는 먼저 스토퍼막을 드러내도록 식각하는 단계와 스토퍼막과 함께 식각 마스크로 사용된 제2 희생막의 잔여층을 제거하는 식각 단계를 구비하여 이루어질 수 있다. In the present invention, after forming the lower wiring, a silicon nitride film used as a stopper layer may be formed before the interlayer insulating film is formed. In this case, the etching step of exposing at least a portion of the lower wiring may be performed by first etching the stopper film and the stopper film. And an etching step of removing the remaining layer of the second sacrificial layer used as the etching mask.

본 발명의 단계들 후에는 식각에 의해 형성된 트랜치와 콘택홀을 배선용 도 체막 증착을 통해 채우고, 보조막이나 층간 절연막을 드러내는 CMP 공정이나 에칙 백 공정을 통해 콘택 플러그 및 상부 배선을 형성하는 단계를 가지게 되는 것이 통상적이다. After the steps of the present invention, the trenches and contact holes formed by etching are filled through the wiring conductor film deposition, and the contact plugs and the upper wirings are formed through a CMP process or an etch back process that exposes an auxiliary film or an interlayer insulating film. It is common to be.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도6을 참조하면, 절연막층이 드러난 기판(10)에 다마신 공정을 통해 하부 배선이 형성된다. 하부 배선(115)이 형성된 기판에 실리콘 질화막 스토퍼층(120)이 가령, 500 내지 1000 옹스트롬 두께로 형성된다. 다시 스토퍼층(120) 위로 층간 절연막을 구성하도록 실리콘 산화막(140)이 적층된다. 층간 절연막은 통상 실리콘 산화막으로 형성되며, 고집적화에 따라 기생 캐퍼시터 용량이 증가되는 것을 막기위해 비유전율 3 내지 3.5 정도의 SOG막이나 FSG막 등 저유전막으로 형성할 수 있다. 도면에는 하나의 층으로 도시되나 실제로 복수의 다른 공정을 통해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 6, a lower wiring is formed on the substrate 10 where the insulating layer is exposed through a damascene process. The silicon nitride film stopper layer 120 is formed to have a thickness of, for example, 500 to 1000 angstroms on the substrate on which the lower wiring 115 is formed. The silicon oxide film 140 is stacked to form an interlayer insulating film over the stopper layer 120. The interlayer insulating film is usually formed of a silicon oxide film, and may be formed of a low dielectric film such as an SOG film or an FSG film having a relative dielectric constant of about 3 to 3.5 in order to prevent an increase in parasitic capacitor capacity due to high integration. Although shown in one layer in the figure, it may actually be formed through a plurality of different processes.

층간 절연막 위로 실리콘 질화막으로 이루어진 보조막(143), 실리콘 산화막으로 이루어진 제1 희생막(145), 실리콘 질화막으로 이루어진 제2 희생막(147)이 형성된다. 보조막(143)은 가령 500 옹스트롬 정도로, 제2 희생막(147)은 2000 옹스트롬 정도로 제2 희생막이 두껍게 형성된다. An auxiliary film 143 made of a silicon nitride film, a first sacrificial film 145 made of a silicon oxide film, and a second sacrificial film 147 made of a silicon nitride film are formed on the interlayer insulating film. For example, the auxiliary layer 143 may have a thickness of about 500 angstroms, and the second sacrificial layer 147 may have a thickness of about 2,000 angstroms.

제2 희생막(147)이 형성된 기판에 다시 포토레지스트층이 스피닝을 통해 적층되고, 노광, 현상을 거쳐 콘택 형역을 드러내는 콘택홀 형성용 마스크 패턴(149)이 형성된다. A photoresist layer is further stacked on the substrate on which the second sacrificial layer 147 is formed through spinning, and a contact hole forming mask pattern 149 is formed through the exposure and development to expose the contact region.

도 7을 참조하면, 콘택홀 형성용 마스크 패턴을 식각 마스크로 제2 희생막(147), 제1 희생막(145), 보조막(143), 층간 절연막을 이루는 실리콘 산화막(140) 일부를 차례로 식각한다. 식각은 층의 재질이 변함에 따라 같은 에쳐 장비에서 인시튜(in situ)방식으로 에천트 가스를 바꾸어가면서 실시할 수 있고, 통상 이방성이 강한 활성 이온 에칭(reactive ion etching) 방법으로 실시할 수 있다. Referring to FIG. 7, a portion of the silicon oxide layer 140 forming the second sacrificial layer 147, the first sacrificial layer 145, the auxiliary layer 143, and the interlayer insulating layer is formed by using the contact hole forming mask pattern as an etching mask. Etch it. Etching can be performed by changing the etchant gas in situ method in the same etching equipment as the material of the layer is changed, and can be generally performed by active ion etching method with strong anisotropy. .

이때, 층간 절연막의 식각 깊이는 장차 형성될 반도체 장치의 콘택의 길이와 동일하게 하거나, 조금 더 깊게 할 수 있다. 이러한 깊이 조절은 층간절연막을 식각할 때의 에천트 농도와 종류 등 여러 조건들, 특히 시간을 조절하는 방법으로 실시할 수 있다. In this case, the etching depth of the interlayer insulating layer may be the same as or slightly more than the length of the contact of the semiconductor device to be formed in the future. Such depth control may be performed by adjusting various conditions, particularly time, such as etchant concentration and type when etching the interlayer insulating film.

식각이 끝나면 콘택홀 형성용 마스크 패턴을 애싱 등 방법으로 제거하여 도7의 부분적인 콘택홀(150)이 형성된 상태를 이룬다. After etching, the contact hole forming mask pattern is removed by ashing or the like to form a partial contact hole 150 of FIG. 7.

도8을 참조하면, 도7의 단계에 이어 기판에 노광 공정을 통해 상부 배선 형성을 위한 트랜치 형성용 마스크 패턴(165)을 형성한다. 종래의 기술과 달리 콘택홀을 채우는 포토레지스트층은 형성하지 않는다. 이로써 포토레지스트를 이용하는 하나의 노광 공정이 줄어들게 된다. 트랜치 형성용 마스크 패턴(165)은 콘택홀 형성용 마스크 패턴과 동일한 노광 과정을 통해 형성되고, 다만 노광용 포토 마스크 혹은 레티클의 패턴을 달리하여 형성된다. 이어서, 트랜치 형성용 마스크 패턴(165)을 식각 마스크로 트랜치 영역에 대해 제 2 희생막(147)과 제1 희생막(145)을 제거하는 식각 공정을 실시한다. Referring to FIG. 8, a trench pattern mask pattern 165 for forming upper wirings is formed on the substrate through an exposure process following the step of FIG. 7. Unlike the prior art, the photoresist layer filling the contact hole is not formed. This reduces one exposure process using photoresist. The trench forming mask pattern 165 is formed through the same exposure process as the contact hole forming mask pattern, but is formed by changing a pattern of an exposure photo mask or a reticle. Subsequently, an etching process of removing the second sacrificial layer 147 and the first sacrificial layer 145 from the trench region is performed using the trench formation mask pattern 165 as an etching mask.

이어서, 도9와 같이 먼저 도8의 트랜치 형성용 마스크 패턴(165)을 제거한 뒤에 기판에 대해 실리콘 질화막을 제거하는 이방성 식각을 실시한다. 이 단계를 통해 기판에 드러난 실리콘 질화막 가운데 트랜치 영역의 상대적으로 얇은 보조막(143)은 완전히 제거되고 그 외의 영역에서 전반적으로 형성된 제2 희생막(147)은 두께가 얇아진 잔류층(147) 상태로 잔존하게 된다. 이러한 식각 두께 조절을 위해 역시 시간을 조절하는 타임 에칭(time ethching) 기법이 사용될 수 있다. 트랜치 영역의 보조막(143)을 제거하는 과정에서는 이미 기판에 트랜치 형성용 마스크 패턴(165)이 제거된 상태이므로 트랜치 내부는 폴리머가 거의 없는 비교적 깨끗한 상태를 유지할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 9, the trench formation mask pattern 165 of FIG. 8 is first removed, and then anisotropic etching is performed on the substrate to remove the silicon nitride film. In this step, the relatively thin auxiliary layer 143 in the trench region is completely removed from the silicon nitride layer exposed on the substrate, and the second sacrificial layer 147 formed overall in the other region is left in the remaining layer 147 thickness. It remains. For this etching thickness control, a time ethching technique may also be used. In the process of removing the auxiliary layer 143 of the trench region, since the trench pattern mask pattern 165 is already removed from the substrate, the trench inside may be relatively clean with almost no polymer.

도10을 참조하면, 도9의 상태에서 기판 전면에 대한 실리콘 산화막(140)인 층간 절연막 식각을 실시한다. 트랜치 영역 외에는 기판이 잔류된 두께의 제2 희생막으로 덮여 있으므로 트랜치(175) 영역 내에서만 이방성 식각에 따라 단차진 패턴이 그대로 낮아진다. 한편 이 과정에서 식각 조건을 조절함에 따라 각진 부분이 부드러운 곡선 형태로 변하게 되거나 트랜치(175)나 홀(150')의 상부가 하부보다 넓게 될 수 있다. 이런 경우, 콘택홀에 대한 후속되는 플러그 및 상부 배선용 금속 적층의 채움성이 개선될 수 있다.Referring to FIG. 10, in the state of FIG. 9, an interlayer insulating layer etched on the entire surface of the substrate is performed. Since the substrate is covered with the second sacrificial layer having the remaining thickness except the trench region, the stepped pattern is lowered according to the anisotropic etching only in the trench 175 region. Meanwhile, as the etching conditions are adjusted in this process, the angled portion may be changed into a smooth curve shape, or the upper portion of the trench 175 or the hole 150 'may be wider than the lower portion. In this case, the fillability of the subsequent plug and upper wiring metal stack for the contact hole can be improved.

결과적으로 층간 절연막에 트랜치 및 콘택홀 패턴이 드러나게 된다. 이때 하부 배선 위에 적층된 실리콘 질화막 스토퍼층(120)은 식각의 진행을 막아 콘택홀 하부에서 과다한 식각으로 인해 하부 배선 패턴이 손상되는 것을 방지하는 스토퍼로 작용한다. As a result, trench and contact hole patterns are exposed in the interlayer insulating film. In this case, the silicon nitride film stopper layer 120 stacked on the lower interconnection serves as a stopper that prevents the lower interconnection pattern from being damaged due to excessive etching under the contact hole by preventing the progress of etching.

이후, 도10의 단계로부터 스토퍼층(120)이 제거되어 콘택홀 저면에 하부 배 선(115)의 일부가 드러나게 된다. 이때 스토퍼층(120)과 같이 실리콘 질화막 재질로 이루어지는 얇아진 두께의 제2 희생막 잔류층(147')도 함께 제거될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 이런 공정이 가능하기 위해 스토퍼층과 제2 희생막, 보조막의 상대적 적층 두께를 조절하는 것이 필요하다. 가령, 제2 희생막의 두께는 스토퍼막의 두께와 보조막의 두께를 더한 것보다 크게 형성할 수 있다. Thereafter, the stopper layer 120 is removed from the step of FIG. 10 so that a part of the lower wiring 115 is exposed on the bottom of the contact hole. In this case, it is preferable to remove the second sacrificial film remaining layer 147 ′ having a thinner thickness, such as the silicon nitride film material, such as the stopper layer 120. In order to enable such a process, it is necessary to adjust the relative stacking thickness of the stopper layer, the second sacrificial film, and the auxiliary film. For example, the thickness of the second sacrificial layer may be greater than the thickness of the stopper layer plus the thickness of the auxiliary layer.

이때에도 포토레지스트 패턴은 제거된 상태이므로 콘택홀 내벽이나 저면은 포토레지스트 패턴이 있는 식각과 비교할 때 폴리머가 적은 깨끗한 상태를 유지할 수 있다.In this case, since the photoresist pattern is removed, the inner wall or the bottom of the contact hole may maintain a clean state with less polymer as compared with the etching with the photoresist pattern.

이어서, 기판에 콘택 플러그와 상부 배선을 이룰 구리 등 금속막 적층이 이루어진다. 구리 적층 전에 구리의 확산을 방지하는 베리어 막으로 혹은 접착층으로서 탄탈륨/타탈륨 질화막이 얇게 적층될 수 있다. 구리 금속막 적층 후에는 기판에 잔류하는 제1 희생막 위로 쌓인 구리 금속막을 제거하는 제1 CMP 공정이 이루어진다. 그리고, 보조막(143)을 정지층(Stop layer)으로 제1 희생막에 대한 제2 CMP 공정도 이루어져 보조막(143)이 기판 전면에 드러나게 된다. 이로써 상부 배선(190)과 콘택 플러그(195)가 형성된다. 제1 CMP와 제2 CMP공정은 동시적으로 혹은 순차적으로 진행될 수 있다.Subsequently, a metal film, such as copper, is formed to form a contact plug and an upper wiring on the substrate. Before the copper lamination, a tantalum / tartalum nitride film may be thinly laminated as a barrier film or as an adhesive layer to prevent diffusion of copper. After the copper metal film is laminated, a first CMP process is performed to remove the copper metal film stacked on the first sacrificial film remaining on the substrate. In addition, a second CMP process is performed on the first sacrificial layer using the auxiliary layer 143 as a stop layer to expose the auxiliary layer 143 to the entire surface of the substrate. As a result, the upper wiring 190 and the contact plug 195 are formed. The first CMP and the second CMP process may be performed simultaneously or sequentially.

이런 실시예에서는 트랜치 형성 전에 이미 완성된 콘택홀 저면을 보호하기 위해 포토레지스트층을 채울 필요가 없으므로 공정이 간소화되다. 또한, 펜스 현상이 발생할 여지가 없어지므로 트랜치와 콘택홀 연결부의 형태가 금속층이 채움성을 높일 수 있게 된다. 또한, 트랜치 형성 단계의 식각에서 하드마스크로 사용된 제2 희생막 잔여층이나 금속층 CMP 단계에서 하부막으로 사용된 제1 희생막이 결과적으로 제거되므로 트랜치 입구에 손상이 발생하고, 상부 배선 폭이 넓어져 인접 배선과 단락되는 문제가 줄어들게 된다. In this embodiment, the process is simplified because it is not necessary to fill the photoresist layer to protect the bottom of the already completed contact hole prior to trench formation. In addition, since there is no room for a fence phenomenon, the form of the trench and the contact hole connection portion may increase the fillability of the metal layer. In addition, since the second sacrificial film remaining layer used as a hard mask in the etching of the trench forming step or the first sacrificial film used as the lower film in the metal layer CMP step is removed as a result, damage occurs at the trench inlet, and the upper wiring width is wide. This reduces the problem of short circuits with adjacent wiring.

기존 공정과 비교하여 콘택홀을 형성한 뒤 트랜치 식각 전 진행되는 콘택홀 하부에 포토레지스트층을 형성하는 공정을 줄여줌으로써 공정을 단순화 할 수 있으며, 포토레지스트 층으로 인한 후속 공정에서의 콘택홀 미개통을 줄여 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있다.Compared to the existing process, the process can be simplified by forming a contact hole and reducing the process of forming a photoresist layer under the contact hole before the trench etching, and the non-opening of the contact hole in a subsequent process due to the photoresist layer. Reduction in productivity and yield.

또한 펜스 결함을 줄여 금속 채움성이 좋아지며, 트랜치 주변의 손상을 막아 상부 배선 사이의 단락을 줄이므로 반도체 장치의 신뢰성과 안정성이 향상될 수 있다. In addition, metal fillability is reduced by reducing fence defects, and damage between trenches is prevented to reduce short circuits between upper interconnections, thereby improving reliability and stability of semiconductor devices.

이런 방법은 기존 공정에서 일부 순서만 제거하여 이루어질 수 있으므로 기존 장비와 공정기술을 그대로 사용할 수 있다.This can be done by removing only a few sequences from the existing process, allowing the use of existing equipment and process technology.

Claims (5)

반도체 기판에 하부 배선을 형성하는 단계, Forming a lower wiring on the semiconductor substrate, 상기 하부 배선 위로 층간 절연막을 적층하는 단계, Stacking an interlayer insulating film over the lower wiring; 상기 층간 절연막 위로 상기 층간 절연막과 식각 선택비를 가지는 보조막, 상기 보조막과 식각 선택비를 가지는 제1 희생막, 상기 제1 희생막과 식각선택비를 가지며, 상기 보조막과 동일한 재질이면서 상기 보조막보다 더 두꺼운 제2희생막을 차례로 형성하는 단계, An auxiliary film having an etch selectivity with the interlayer insulating film over the interlayer insulating film, a first sacrificial film having an etch selectivity with the auxiliary film, an etching selectivity with the first sacrificial film, and having the same material as the auxiliary film; Sequentially forming a second sacrificial film thicker than the auxiliary film, 상기 제 2 희생막 위로 콘택홀 형성용 마스크 패턴을 형성하고 적어도 상기 층간 절연막의 일부 두께를 제거하도록 상기 제2 희생막, 상기 제1 희생막, 상기 보조막, 상기 층간 절연막을 식각하는 단계, Etching the second sacrificial layer, the first sacrificial layer, the auxiliary layer, and the interlayer insulating layer to form a contact hole forming mask pattern over the second sacrificial layer and to remove at least a portion of the interlayer insulating layer; 상기 콘택홀 형성용 마스크 패턴이 제거된 기판에 트랜치 형성용 마스크 패턴을 형성하고, 트랜치 영역에서 상기 제2 희생막 및 상기 제1 희생막을 식각으로 제거하는 단계, Forming a trench forming mask pattern on the substrate from which the contact hole forming mask pattern is removed, and removing the second sacrificial layer and the first sacrificial layer by etching in the trench region; 상기 트랜치 형성용 마스크 패턴을 제거하고 상기 트랜치 영역에 드러난 상기 보조막을 제거하는 식각을 실시하되 상기 제2 희생막의 일부 두께를 남기도록 식각하는 단계, Etching to remove the trench formation mask pattern and to remove the auxiliary layer exposed in the trench region, but to leave a partial thickness of the second sacrificial layer; 잔류된 상기 제2 희생막을 식각 마스크로 상기 하부 배선의 적어도 일부를 드러내도록 상기 층간 절연막을 식각하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 형성 방법.And etching the interlayer insulating film to expose at least a portion of the lower interconnection using the remaining second sacrificial film as an etching mask. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층간 절연막은 비유전율 3 내지 3.5의 저유전율 실리콘 산화막으로 형성하고, 상기 보조막이나 상기 제2 희생막은 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 형성 방법.Wherein the interlayer insulating film is formed of a low dielectric constant silicon oxide film having a relative dielectric constant of 3 to 3.5, and the auxiliary film or the second sacrificial film is formed of a silicon nitride film. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 하부 배선을 형성한 뒤에 상기 층간 절연막 형성 전에 스토퍼층을 실리콘 질화막으로 형성하고, After forming the lower wiring and before forming the interlayer insulating film, a stopper layer is formed of a silicon nitride film, 상기 하부 배선의 적어도 일부를 드러내는 식각 단계는 먼저 상기 스토퍼층을 드러내도록 식각하는 단계와 상기 스토퍼층과 함께, 식각 마스크로 사용된 상기 제2 희생막의 잔여층을 제거하는 식각 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 형성 방법. The etching step of exposing at least a portion of the lower interconnection comprises first etching to expose the stopper layer and an etching step of removing the remaining layer of the second sacrificial layer used as an etching mask together with the stopper layer. A method for forming a semiconductor device. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제2 희생막의 두께는 상기 스토퍼층의 두께와 상기 보조막의 두께를 더한 것보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 형성 방법.And the thickness of the second sacrificial layer is greater than the thickness of the stopper layer plus the thickness of the auxiliary layer. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 콘택홀 형성용 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 층간 절연 막의 일부 두께를 제거하는 단계에서 상기 층간 절연막의 식각 깊이는 반도체 장치에 형성될 콘택 플러그의 길이보다 깊게 형성하며,In the removing of the thickness of the interlayer insulating layer using the contact hole forming mask pattern as an etch mask, the etch depth of the interlayer insulating layer is deeper than the length of the contact plug to be formed in the semiconductor device. 상기 식각 깊이의 조절은 상기 층간 절연막 식각 시간 조절을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 형성 방법. The method of claim 1, wherein the etching depth is controlled by adjusting the etching time between the interlayer insulating layers.
KR1020060134035A 2006-12-26 2006-12-26 Method of fabricating semicondcucor device KR100807026B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060134035A KR100807026B1 (en) 2006-12-26 2006-12-26 Method of fabricating semicondcucor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060134035A KR100807026B1 (en) 2006-12-26 2006-12-26 Method of fabricating semicondcucor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100807026B1 true KR100807026B1 (en) 2008-02-25

Family

ID=39383203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060134035A KR100807026B1 (en) 2006-12-26 2006-12-26 Method of fabricating semicondcucor device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100807026B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101124302B1 (en) * 2010-03-25 2012-03-27 주식회사 하이닉스반도체 Fabrication Method of Dual Damascene Pattern for Semiconductor Device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030081052A (en) * 2002-04-08 2003-10-17 엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션 Method for manufacturing semiconductor device
KR100638972B1 (en) * 2003-12-31 2006-10-25 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for fabricating the dual damascene interconnection in semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030081052A (en) * 2002-04-08 2003-10-17 엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션 Method for manufacturing semiconductor device
KR100638972B1 (en) * 2003-12-31 2006-10-25 동부일렉트로닉스 주식회사 Method for fabricating the dual damascene interconnection in semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101124302B1 (en) * 2010-03-25 2012-03-27 주식회사 하이닉스반도체 Fabrication Method of Dual Damascene Pattern for Semiconductor Device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9543193B2 (en) Non-hierarchical metal layers for integrated circuits
US9330974B2 (en) Through level vias and methods of formation thereof
KR100382729B1 (en) Metal contact structure in semiconductor device and forming method thereof
US6066569A (en) Dual damascene process for metal layers and organic intermetal layers
US7470616B1 (en) Damascene wiring fabrication methods incorporating dielectric cap etch process with hard mask retention
KR100588373B1 (en) Method for forming semiconductor device
US8709942B2 (en) Methods for fabricating semiconductor devices
KR100641502B1 (en) Method for forming a contact using dual damascene process in semiconductor fabrication
US6376361B1 (en) Method to remove excess metal in the formation of damascene and dual interconnects
US6265307B1 (en) Fabrication method for a dual damascene structure
KR100807026B1 (en) Method of fabricating semicondcucor device
KR100619394B1 (en) Method for preventing dishing of semiconductor device
US7112537B2 (en) Method of fabricating interconnection structure of semiconductor device
JPH09129730A (en) Manufacture of semiconductor device
KR100528070B1 (en) Method for fabricating contact hole and stack via
TWI512894B (en) Metal interconnect structure and process thereof
KR100854209B1 (en) Method of fabricating semiconductor devices
KR100784074B1 (en) Method of manufacturing bit line in a semiconductor device
KR100511128B1 (en) Method of forming a metal line in a semiconductor device
KR100772077B1 (en) A method for forming contact hole of semiconductor device
KR100393968B1 (en) method for forming dual damascene of semiconductor device
KR100678008B1 (en) Method for fabricating metal line of semiconductor
KR100729032B1 (en) Method of fabricating semiconductor devices
KR20050066192A (en) A method for forming a contact of a semiconductor device
KR20010025972A (en) Method of forming interconnection layer in semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120119

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee