KR19980031847A - Metal wiring formation method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
반도체 장치의 금속배선 형성방법.Metal wiring formation method of a semiconductor device.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
금속배선의 반사방지막 형성방법, 특히, 금속배선을 패턴닝하기 위해 248nm이상의 단파장을 노광원으로 하는 리쏘그래피 공정에 있어서, 상기 금속배선의 고반사 특성에 의해 난반사가 발생하여 노칭(Notching) 현상이 발생하여 선폭크기의 감소 및 단락의 원인이 되며 반도체 제조수율 소자 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있었음.In a method of forming an antireflection film of metal wiring, in particular, in a lithography process using a short wavelength of 248 nm or more for patterning metal wiring as an exposure source, diffuse reflection occurs due to high reflection characteristics of the metal wiring, so that notching phenomenon occurs. To reduce the line width and short-circuit, thereby lowering the semiconductor manufacturing yield device reliability.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
금속배선막 상부에 다층 반사방지막(ARL)을 형성하여 광에너지의 흡수계수를 향상시켜 반사도를 저하시키는 방법을 제공하고자 함.The purpose of the present invention is to provide a method of forming a multi-layer antireflection film (ARL) on a metal wiring film to improve the absorption coefficient of light energy to reduce reflectivity.
4. 발명의 중요한 요지4. Key points of the invention
포토레지스트의 스컴(Scum)현상을 방지하여 공정안정화에 따른 제조수율의 향상시킬 수 있는 방법에 이용됨.It is used for a method that can improve the manufacturing yield due to process stability by preventing scum of photoresist.
Description
일반적으로, 반도체 소자가 점차 고집적화 되어감에 따라, 리쏘그라피(Lithography) 공정에 의해 미세패턴을 형성하기에는 많은 어려움이 있다.In general, as semiconductor devices are increasingly integrated, there are many difficulties in forming fine patterns by lithography.
현재, 폴리실리콘, 실리사이드(Silicide), 및 알루미늄과 텅스텐은 표면반사율이 높은 막 특성에 따라 미세 패턴닝 시 입사광과 반사광 간의 심한 간섭현상에 의해 상 대비(Image contrast)의 특성이 저하되어 선폭(CD) 균일도 및 초점여유도(DOP)가 심각하게 저하된다.Currently, polysilicon, silicide, aluminum, and tungsten have a high surface reflectivity, and the image contrast is degraded due to severe interference between incident light and reflected light during fine patterning. ) Uniformity and DOP are severely degraded.
또한, 반도체 기판 상의 고반사막이 단차가 존재할 경우 난반사에 의한 2차 노광이 이루어져 미노광지역에 노칭(Notching)현상이 발생하게 된다. 상기 노칭현상은 선폭크기 감소에 의한 단락의 원인이 되며 반도체 제조수율 및 소자 신뢰성을 저하시키기도 하였다.In addition, when the high reflection film on the semiconductor substrate has a step, notching may occur in an unexposed area due to secondary exposure due to diffuse reflection. The notching phenomenon causes a short circuit due to a decrease in the line width, and also lowers semiconductor manufacturing yield and device reliability.
특히, 반도체 소자의 금속배선 재료로 저항이 낮으며 도전성이 우수한In particular, it is a metal wiring material for semiconductor devices, which has low resistance and excellent conductivity.
텅스텐, 알루미늄이 통상적으로 사용하고 있으나, 텅스텐은 에스펙 비(Aspect Ratio)가 큰 콘택홀에 대한 스텝커버리지 특성이 우수하여 고집적 소자 제조에 사용증가에 있고, 알루미늄은 텅스텐과 상반적인 공정특성을 갖고 있으며 기판의 반사도 또한 텅스텐에 비하여 약 20% - 50% 정도 높은 성질을 갖고 있어 리쏘그라피 공정시 어려운 문제점 있었다.Although tungsten and aluminum are commonly used, tungsten has an excellent step coverage characteristic for contact holes with a large aspect ratio, and thus is increasingly used for manufacturing highly integrated devices. Aluminum has a process characteristic opposite to tungsten. In addition, the reflectivity of the substrate is also about 20% to 50% higher than that of tungsten, which is a difficult problem in the lithography process.
더욱이, 상기 리쏘그라피 공정에 사용되는 노광원이 G선(436nm), I선(365nm), DUV(200 - 300nm), VUV(100 - 200nm) 등으로 노광파장이 감소함에 따라 광 산란효과에 의한 난반사 정도가 더욱 심화되어 상기 노칭현상을 억제하기가 용이하지 않게 되었으며, 이에 상기 고반사막 상에 SiON, SiN, TiN, SiC 등 무기물 반사방지막(Anti-Reflective Layer; ARL)을 추가적으로 형성하여 반도체 기판의 고반사막 반사특성을 낮추려 하였으나, DUV 이상으로 더욱 짧은 광원을 사용하는 금속배선의 알루미늄과 텅스텐에서는 단층의 상기 무기물 반사방지막(ARL)만으로 충분한 반사 방지막 특성을 형성할 수 없게 되어 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키는 노칭(Notching)현상이 발생하는 문제점이 있었다.Furthermore, the exposure source used in the lithography process is G-ray (436nm), I-ray (365nm), DUV (200-300nm), VUV (100-200nm), etc. as the exposure wavelength is reduced by the light scattering effect As the degree of diffuse reflection is further deepened, it is not easy to suppress the notching phenomenon. Accordingly, an anti-reflective layer (ARL) such as SiON, SiN, TiN, and SiC is additionally formed on the high reflective film to provide a semiconductor substrate. In attempting to reduce the reflection characteristics of the high reflection film, in the aluminum and tungsten of the metal wiring using the shorter light source than the DUV, sufficient anti-reflection film properties cannot be formed only by the inorganic antireflection film (ARL) of a single layer, which lowers the reliability of the semiconductor device. There was a problem that notching phenomenon occurs.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 DUV 이상 광원을 사용하는 리쏘그라피 공정에 있어서 금속배선의 고반사층에 대한 난반사를 저하시켜 노칭(Notching)현상을 방지할 수 있는 반도체 장치의 금속배선 형성방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention devised to solve the above problems is a method of forming a metal wiring of a semiconductor device that can prevent the notching phenomenon by reducing the diffuse reflection to the high reflection layer of the metal wiring in the lithography process using a DUV or more light source. To provide that purpose.
도 1 내지 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 금속 배선 공정단면도이다.1 to 3 are cross-sectional views of a metal wiring process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *
1: 실리콘 기판 2: 하부층1: silicon substrate 2: lower layer
3: 전도막 4: 층간절연막3: conductive film 4: interlayer insulating film
5: 하부 티타늄나이트라이드 막 6: 금속막5: lower titanium nitride film 6: metal film
7: 상부 티타늄나이트라이드 막 8: 실리콘 산화질화막7: upper titanium nitride film 8: silicon oxynitride film
9: 포토레지스트9: photoresist
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 장치의 금속배선 형성방법 있어서, 반도체 기판상에 소정의 전도층이 형성된 전체구조 상부에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상에 상기 전도층과 콘택을 이루기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로 사용하여 콘택홀을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 전체구조 상부에 제 1 티타늄나이트라이드막과 금속막을 차례로 형성하고 상기 금속막 상부에 제 2 티타늄나이트라이드막 및 반사방지막용 실리콘 산화질화막을 형성하는 단계; 상기 반사방지막용 실리콘 산화질화막 상에 금속막을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로 사용하여 금속막을 패턴닝하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device, the method comprising: forming an interlayer insulating film on the entire structure formed a predetermined conductive layer on a semiconductor substrate; Forming a photoresist pattern on the interlayer insulating layer to make contact with the conductive layer; Forming a contact hole using the photoresist pattern as an etch barrier and removing the photoresist pattern; Sequentially forming a first titanium nitride film and a metal film on the entire structure, and forming a second titanium nitride film and a silicon oxynitride film for an anti-reflection film on the metal film; Forming a photoresist pattern for forming a metal film on the anti-reflection film silicon oxynitride film; Patterning a metal film using the photoresist pattern as an etch barrier; And removing the photoresist pattern.
이하, 첨부된 도면에 참조하며 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 1 내지 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 반사방지막 형성방법을 도시한 단면도이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming an anti-reflection film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 1 에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1) 상에 소정의 하부층(2)을 형성하고 상기 하부층 상부에 소정의 전도막(3)을 형성하며, 이어서 상기 전도막을 소정크기로 패턴닝하고 전체구조 상부에 층간절연막(4)을 형성한 것을 도시한 단면도이다.As shown in FIG. 1, a predetermined lower layer 2 is formed on the silicon substrate 1, and a predetermined conductive film 3 is formed on the lower layer. Then, the conductive film is patterned to a predetermined size and the overall structure is formed. It is sectional drawing which shows the interlayer insulation film 4 formed in the upper part.
도 2 에 도시한 바와 같이 금속배선과 전도막의 전도라인을 형성하기 위하여 콘택식각용 포토레지스트 패턴을 도포하고 상기 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로 사용하여 콘택홀을 형성한 다음, 금속막의 증착공정에 스텝커버리지의(Stepcoverage)의 접촉저항을 감소시키는 하부 티타늄나이트라이드 (TiN;5) 막을 형성하고, 이어서 금속막(6)을 증착한 후, 상부 티타늄나이트라이드(TiN;7)막을 형성한다. 이때 상기 상부 티타늄나이트라이드(TiN;7)막은 원자외선(DUV) 같은 짧은 파장을 갖는 노광공정에서 충분하게 반사방지막의 특성이 나타나지 않게된다. 따라서 상기 상부 티타늄나이트라이드(TiN;7)막 상에 소정의 조성비로 형성된 실리콘 산화질화막(SiOxNy;8)을 형성하여 원자외선(DUV) 이상의 파장을 갖는 노광원에 대해 반사방지막을 효율을 개선한 다음, 상기 금속막을 패턴닝 하기 위하여 포토레지스트(9) 패턴을 형성한 것을 도시한 단면도이다. 이때 상기 금속막(6)은 텅스텐과 알루미늄을 사용하며, 하부 티타늄나이트라이드(TiN;5)막은 약 200Å - 800Å 정도 두께로 형성하고, 상기 실리콘 산화질화막(SiOxNy;7)은 약 200Å - 400Å 정도 두께로 형성하며 또한 상기 상부 TiN;8)은 약 200Å - 800Å 정도 두께로 형성한다.As shown in FIG. 2, a photoresist pattern for contact etching is applied to form a conductive line between the metal wiring and the conductive film, and a contact hole is formed using the photoresist pattern as an etch barrier. A lower titanium nitride (TiN) film is formed to reduce the contact resistance of coverage, and then a metal film 6 is deposited, followed by an upper titanium nitride (TiN) film. In this case, the upper titanium nitride (TiN) film may not sufficiently exhibit the characteristics of the anti-reflection film in an exposure process having a short wavelength such as far ultraviolet (DUV). Therefore, by forming a silicon oxynitride film (SiOxNy) 8 formed at a predetermined composition ratio on the upper titanium nitride (TiN; 7) film, the antireflection film is improved in efficiency for an exposure source having a wavelength greater than far ultraviolet (DUV). Next, it is sectional drawing which shows the photoresist 9 pattern formed in order to pattern the said metal film. At this time, the metal film 6 is made of tungsten and aluminum, the lower titanium nitride (TiN; 5) film is formed to a thickness of about 200 ~ 800Å, the silicon oxynitride (SiOxNy; 7) is about 200 ~ 400Å The upper TiN; 8) is formed to a thickness of about 200 kPa-800 kPa.
또한, 상기 실리콘 산화질화막(SiOxNy;7)의 조성에 대한 조건은 플라즈마화학증착(PECVD)방법에 사용하며 SiH4: N2O : N2가스를 40∼200sccm : 40∼100sccm : 1000∼3000sccm으로 조절하고, RF 전력을 약350 w 정도이며, 상기 반응챔버 내의 압력은 약 3(Torr)정도이고, 웨이퍼 온도 약 200∼500℃ 정도로 한다.In addition, the conditions for the composition of the silicon oxynitride film (SiOxNy; 7) are used in the plasma chemical vapor deposition (PECVD) method and the SiH 4 : N 2 O: N 2 gas 40 ~ 200sccm: 40 ~ 100sccm: 1000 ~ 3000sccm The RF power is adjusted to about 350 w, the pressure in the reaction chamber is about 3 (Torr), and the wafer temperature is about 200 to 500 ° C.
도 3 에 도시한 바와 같이 원자외선(Deep Ultra Violet; DUV)을 이용한 리쏘그래피 공정을 실시하여 상기 포토레지스트(9) 패턴을 식각장벽으로 식각하여 금속막(6)을 패턴닝한 후, 상기 포토레지스트를 제거한 것을 도시한 단면도이다. 이때, 상기 DUV은 248 nm 파장을 사용한다.As shown in FIG. 3, after the lithography process using deep ultra violet (DUV) is performed to etch the photoresist 9 pattern with an etch barrier to pattern the metal film 6, the photoresist is patterned. It is sectional drawing which shows that the resist was removed. In this case, the DUV uses a wavelength of 248 nm.
한편, 상기 반사방지층에 대한 반사도(Reflective) 특성(R)은 다음과 같은 식으로서On the other hand, the reflective property (R) for the antireflection layer is as follows.
R = n - ikR = n-ik
로 표현할 수 있으며 상기 반사도 식의 실수부인 n은 반사방지막의 굴절율이고, 상기 식의 허수부는 반사방지막의 광에너지 흡수계수이다. 이때, 상기 반사도(R)은 물질의 종류, 조성비 및 조성 방법에 의하여 영향을 받게 된다.Where n, the real part of the reflectivity equation, is the refractive index of the antireflection film, and the imaginary part of the equation is the light energy absorption coefficient of the antireflection film. In this case, the reflectivity (R) is affected by the type, composition ratio and composition method of the material.
예를들어, 상기 n 은 반사방지막의 굴절율이기 때문에 물질에 대한 물성에 따라 차이가 있지만, 상기 k 는 반사방지막의 광에너지 흡수계수이므로 반사방지막의 조성비 및 조성방법에 영향이 있으므로 임의적으로 반사방지막의 조성비 및 조성방법을 달리 실행하여 흡수계수(k)를 극대화시키면 자연히 반사방지막의 굴절율은 감소되고 반사도(R)도 감소하게 된다.For example, since n is a refractive index of the antireflection film, there is a difference depending on the physical properties of the material. However, k is an optical energy absorption coefficient of the antireflection film, so the composition ratio and composition method of the antireflection film are affected. If the composition ratio and composition method are executed differently to maximize the absorption coefficient k, the refractive index of the antireflection film naturally decreases and the reflectance R also decreases.
따라서, 본 발명은 텅스텐, 알루미늄 등 고반사도 특성을 갖는 금속배선상에서 248 nm이상의 원자외선을 이용한 미세패턴 형성시 반사방지막(ARL)으로 종래의 티타늄나이트라이드(TiN)막을 형성한 후, 원자외선에 대한 에너지 흡수계수(k)가 크게되어 광학적인 반사특성인 R = 1.5 - i0.13 으로 저반사 특성을 나타낸다.Therefore, the present invention forms a conventional titanium nitride (TiN) film as an anti-reflection film (ARL) when forming a fine pattern using far ultraviolet rays of 248 nm or more on metal wires having high reflectivity such as tungsten and aluminum, The energy absorption coefficient (k) is increased, and thus the optical reflection characteristic R = 1.5-i0.13 shows low reflection characteristics.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 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 embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
따라서, 본 발명은 서로 다른 조성 및 광학적 물성을 갖는 박막을 2층 이상인 다층으로 구성하여 248nm이상의 단파장을 노광원으로 하는 리쏘그래피 공정 시 충분한 저반사층(ARL) 효과를 가져오게 되어 중간층의 배선재료의 물리적스트레스(physical stress)를 개선하고 배선재료의 전기적인 신뢰도를 향상시키는데 효과가 있다.Accordingly, the present invention provides a sufficient low reflection layer (ARL) effect in the lithography process using a short wavelength of 248 nm or more as an exposure source by constructing a multilayer having two or more layers of thin films having different compositions and optical properties. It is effective in improving physical stress and improving electrical reliability of wiring materials.
본 발명은 반도체 장치의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 리쏘그래피 공정시 단차가 존재하는 고 반사 금속배선에서 난반사를 방지하는 역할을 하는 반사방지막(Anti-reflective Layer: ARL)을 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming metal wiring in a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming an anti-reflective layer (ARL), which serves to prevent diffuse reflection in a highly reflective metal wiring in which there are steps in a lithography process. It is about.
Claims (5)
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KR1019960051410A KR19980031847A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010058541A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 박종섭 | A method for forming metal wire in semiconductor device |
KR100668960B1 (en) * | 2004-12-23 | 2007-01-12 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Metal line in semiconductor device and fabricating method threof |
-
1996
- 1996-10-31 KR KR1019960051410A patent/KR19980031847A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20010058541A (en) * | 1999-12-30 | 2001-07-06 | 박종섭 | A method for forming metal wire in semiconductor device |
KR100668960B1 (en) * | 2004-12-23 | 2007-01-12 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Metal line in semiconductor device and fabricating method threof |
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