KR19990053226A

KR19990053226A - Metal wiring formation method of semiconductor device

Info

Publication number: KR19990053226A
Application number: KR1019970072827A
Authority: KR
Inventors: 남기원; 조성윤
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 장벽 금속막 식각 과정에서 감광막 측벽에 생성되어, 감광막 패턴 제거 후에도 잔류되는 중합체의 생성을 방지할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 장벽 금속막 식각 과정에서 중합체의 발생을 방지하기 위하여, 장벽 금속막과 식각 성질이 다른 금속막을 형성한 후 감광막 패턴을 형성하고, 감광막 패턴을 식각마스크로 장벽금속막을 제외한 금속막을 식각하여 패터닝한 다음 감광막 패턴을 제거하고, 장벽금속막과 식각 성질이 다른 금속막을 식각마스크로 식각을 실시하여 장벽금속막을 제거한다.The present invention relates to a method for forming a metal wiring in a semiconductor device that can be formed on the photoresist sidewalls during the barrier metal film etching process, and thus prevents the formation of polymers remaining after the photoresist pattern is removed. In order to prevent this, after forming a metal film having a different etching property from the barrier metal film, a photoresist pattern is formed, and the photoresist pattern is etched by patterning a metal film except the barrier metal film using an etch mask, and then the photoresist pattern is removed. The barrier metal film is removed by etching the metal film having different etching properties with an etching mask.

Description

Metal wiring formation method of semiconductor device

본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 장벽금속막 식각 과정에서 감광막 측벽에 생성되어, 감광막 패턴 제거 후에도 잔류되는 중합체(polymer)의 생성을 방지할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 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 metal wirings in a semiconductor device, which is formed on the photoresist sidewalls during the barrier metal film etching process and can remain after the photoresist pattern is removed. will be.

종래의 반도체 장치의 금속 배선 형성 공정 중 금속막 식각시 감광막 패턴 측벽 하단에 중합체가 생성되는데, 이러한 중합체는 감광막 패턴 제거 단계와 세정 단계에서도 제거되지 않아 식각된 금속막 측벽 상단에 잔류하게 된다. 이렇게 잔류된 중합체는 오염원으로 작용하여 소자의 신뢰성을 저하시킨다.A polymer is formed at the bottom of the photoresist pattern sidewall during etching of the metal layer during the metal wiring forming process of the conventional semiconductor device, and the polymer is not removed even in the photoresist pattern removing step and the cleaning step and remains on the top of the etched metal film sidewall. The remaining polymer acts as a contaminant to reduce the reliability of the device.

첨부된 도면 도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 공정 단면도이다. 도1a 내지 도1c를 참조하여 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 방법을 설명한다.1A to 1C are cross-sectional views of a metal wiring forming process according to the prior art. A method of forming a metal wiring according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1C.

먼저, 도1a에 도시한 바와 같이 반도체 기판(10) 상에 장벽금속막으로 Ti/TiN막(11)을 증착하고, 알루미늄막(12)을 증착한다. 이어서, 반사방지막으로 TiN(13)막을 증착하고, 금속 배선을 형성하기 위한 감광막 패턴(14)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a Ti / TiN film 11 is deposited on the semiconductor substrate 10 as a barrier metal film, and an aluminum film 12 is deposited. Subsequently, a TiN 13 film is deposited with an antireflection film, and a photosensitive film pattern 14 for forming a metal wiring is formed.

다음으로, 도1b에 도시한 바와 같이 감광막 패턴(14)을 식각마스크로 상기 TiN막(13), 알루미늄막(12) 및 Ti/TiN막(11)을 선택적으로 식각한다. 이때의 금속막 식각 과정에서 감광막 패턴(14) 측벽 하단에 식각 부산물과 감광막이 반응하여 중합체(a)가 생성된다.Next, as illustrated in FIG. 1B, the TiN film 13, the aluminum film 12, and the Ti / TiN film 11 are selectively etched using the photoresist pattern 14 as an etching mask. At this time, the etching by-products and the photoresist react on the bottom of the sidewall of the photoresist pattern 14 to produce the polymer (a).

다음으로, 도1c에 도시한 바와 같이 상기 감광막 패턴(14)을 제거하고 세정 공정을 실시한다. 세정 공정 후에도 식각 과정에서 생성된 중합체는 제거되지 않고 식각된 금속막 측벽 상단에 남는다.Next, as shown in FIG. 1C, the photosensitive film pattern 14 is removed and a cleaning process is performed. Even after the cleaning process, the polymer produced during the etching process is not removed but remains on the etched metal film sidewalls.

상기와 같은 식각 과정에서 생성되는 중합체의 성분을 분석하면, Al 보다는 Ti, TiN, N이 보다 많이 함유되어 있음을 알 수 있는데 이것으로 중합체는, 알루미늄막(12)을 식각한 후 장벽금속막인 Ti/TiN막(11)을 과도식각하는 과정에서, Ti/TiN막의 주성분인 Ti, TiN 및 N이 스퍼터링(sputtering)되어 식각되면서 금속막 측벽의 상단 부위에 재 증착되어 감광막과 결합함으로써 생성된다는 것을 알 수 있다.Analyzing the components of the polymer produced during the etching process, it can be seen that Ti, TiN, and N are contained more than Al. Thus, the polymer is a barrier metal film after etching the aluminum film 12. In the process of overetching the Ti / TiN film 11, Ti, TiN and N, which are the main components of the Ti / TiN film, are sputtered and etched to be re-deposited on the upper portion of the sidewall of the metal film to be formed by bonding with the photosensitive film. Able to know.

이러한 금속성 중합체는 무기성 중합체라 불리며 산화막을 식각하는 과정에서 발생하는 유기성 중합체와는 달리 감광막 제거 단계 또는 용제(solvent)를 이용한 세정 공정으로 제거가 용이하지 않다.Such a metallic polymer is called an inorganic polymer and unlike an organic polymer generated during etching of an oxide film, the metallic polymer is not easily removed by a photoresist removal step or a cleaning process using a solvent.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 금속막 식각시 중합체의 생성을 방지할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems is to provide a method for forming a metal wiring of a semiconductor device that can prevent the formation of a polymer during metal film etching.

도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 공정 단면도.1A to 1C are cross-sectional views of a metal wiring forming process according to the prior art.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 금속 배선 형성 공정 단면도.2A through 2D are cross-sectional views of metal wire forming processes in a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing

20: 반도체 기판 21:Ti/TiN막20: semiconductor substrate 21: Ti / TiN film

22:알루미늄막 23: 텅스텐막22: aluminum film 23: tungsten film

24: TiN막 25: 감광막 패턴24 TiN film 25 Photosensitive film pattern

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 상에, 장벽금속막을 형성하는 단계; 상기 장벽금속막 상에 배선용 금속막을 형성하는 단계; 상기 배선용 금속막 상에 상기 장벽금속막과 식각 선택비를 갖는 마스크용 금속막을 형성하는 단계; 상기 마스크용 금속막 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 식각을 실시하여 상기 장벽금속막을 노출하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 마스크용 금속막을 식각마스크로 상기 장벽금속막을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the present invention, forming a barrier metal film on a semiconductor substrate; Forming a wiring metal film on the barrier metal film; Forming a mask metal film having an etching selectivity with the barrier metal film on the wiring metal film; Forming a photoresist pattern on the mask metal film; Etching the photoresist pattern with an etching mask to expose the barrier metal layer; Removing the photoresist pattern; And etching the barrier metal film using the mask metal film as an etching mask.

본 발명은 장벽금속막 식각 과정에서 중합체의 발생을 방지하기 위하여, 장벽금속막과 식각 성질이 다른 금속막을 형성한 후 감광막 패턴을 형성하고, 감광막 패턴을 식각마스크로 장벽금속막을 제외한 금속막을 식각하여 패터닝한 다음 감광막 패턴을 제거하고, 장벽금속막과 식각 성질이 다른 금속막을 식각마스크로 전면 식각을 실시하여 장벽금속막을 제거함으로써 감광막과 스퍼터링된 Ti/TiN 등의 금속이 결합하지 못하도록 한다.The present invention forms a photoresist pattern after forming a metal film having a different etching property from the barrier metal film in order to prevent the occurrence of polymer in the barrier metal film etching process, and etching the metal film except the barrier metal film using the photoresist pattern as an etch mask. After patterning, the photoresist pattern is removed, and a metal layer having different etching properties from the barrier metal layer is etched with an etching mask to remove the barrier metal layer, thereby preventing the photoresist from being sputtered with a metal such as Ti / TiN.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 금속 배선 형성 공정 단면도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법은 다음과 같이 이루어진다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a metal wiring formation process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. A metal wiring forming method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is performed as follows.

먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 반도체 기판(20) 상에 장벽금속막으로 Ti/TiN막(21)을 증착하고, 알루미늄막(22), 텅스텐막(23) 및 TiN막(24)을 차례로 증착한다. 여기서, 텅스텐막(23)의 두께는 500 Å을 넘지 않으며, TiN막(24)은 반사방지막이다. 이어서, 금속 배선 형성을 위한 감광막 패턴(25)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a Ti / TiN film 21 is deposited on the semiconductor substrate 20 as a barrier metal film, and the aluminum film 22, the tungsten film 23, and the TiN film 24 are sequentially made. Deposit. Here, the thickness of the tungsten film 23 does not exceed 500 kPa, and the TiN film 24 is an antireflection film. Next, the photosensitive film pattern 25 for metal wiring formation is formed.

다음으로, 도2b에 도시한 바와 같이 상기 감광막 패턴(25)을 식각마스크로, TiN막(24)을 염소를 함유한 식각 가스로 식각하고, 텅스텐막(23)을 SF₆등의 불소가 함유된 식각 가스를 이용하여 식각하고, 알루미늄막(22)을 염소가 함유된 식각 가스로 식각한다.Next, as illustrated in FIG. 2B, the photoresist layer pattern 25 is etched, the TiN layer 24 is etched with an etching gas containing chlorine, and the tungsten layer 23 contains fluorine such as SF ₆ . The etched gas is etched, and the aluminum film 22 is etched with an etched gas containing chlorine.

다음으로, 도2c에 도시한 바와 같이 장벽금속막인 Ti/TiN막(21)이 식각되지 않은 상태에서, 상기 감광막 패턴(25)을 제거하여 TiN막(24), 텅스텐막(23) 및 알루미늄막(22)이 적층되지 않은 영역의 TiN막(21)을 노출한다. 이때, 감광막 패턴 측벽에 중합체가 생성되지 않기 때문에 감광막 패턴 제거 후, 금속 패턴 상에 잔여물이 없게 된다.Next, as shown in FIG. 2C, the TiN film 24, the tungsten film 23, and the aluminum are removed by removing the photosensitive film pattern 25 while the Ti / TiN film 21, which is a barrier metal film, is not etched. The TiN film 21 in the region where the film 22 is not laminated is exposed. At this time, since no polymer is formed on the photoresist pattern sidewalls, there is no residue on the metal pattern after removing the photoresist pattern.

다음으로, 도2d에 도시한 바와 같이 염소가 함유된 식각 가스를 이용한 전면 식각을 실시하여, 노출된 상기 Ti/TiN막(21)을 제거한다. 이때, 텅스텐막(23) 상에 남아 있는 반사방지막인 TiN막(24)이 함께 제거되며, TiN막(24)이 제거된 후에 노출되는 텅스텐(23)막은 염소에 대한 식각율이 Ti/TiN막에 비하여 로서, 크지 않기 때문에 충분히 식각마스크로서의 역할을 하여 하부의 알루미늄막(22)을 보호할 수 있다. 또한, Ti/TiN막(21)이 제거된 후에도 남아있는 텅스텐막(23)으로 인한 소자 특성 저하는 문제시되지 않는다.Next, as shown in FIG. 2D, the entire surface is etched using an etching gas containing chlorine to remove the exposed Ti / TiN film 21. At this time, the TiN film 24, which is an antireflection film remaining on the tungsten film 23, is removed together, and the tungsten 23 film exposed after the TiN film 24 is removed has an etch rate with respect to chlorine in the Ti / TiN film. Compared to In addition, since it is not large, it can sufficiently serve as an etching mask to protect the lower aluminum film 22. In addition, deterioration in device characteristics due to the tungsten film 23 remaining after the Ti / TiN film 21 is removed is not a problem.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 technical field of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 장벽금속막 식각시 중합체 생성을 억제하여, 중합체의 잔여물로 인한 오염을 근본적으로 방지하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.The present invention made as described above can suppress the formation of the polymer during etching of the barrier metal film, it is possible to fundamentally prevent contamination due to the residue of the polymer to improve the reliability of the semiconductor device.

Claims

Forming a barrier metal film on the semiconductor substrate;

Forming a wiring metal film on the barrier metal film;

Forming a mask metal film having an etching selectivity with the barrier metal film on the wiring metal film;

Forming a photoresist pattern on the mask metal film;

Etching the photoresist pattern with an etching mask to expose the barrier metal layer;

Removing the photoresist pattern; And

Etching the barrier metal film using the mask metal film as an etching mask.

The method of claim 1,

And forming the barrier metal film into at least one of a Ti film and a TiN film.

The method of claim 2,

The metal film for the mask,

A metal wiring forming method for a semiconductor device comprising a tungsten film.

The method of claim 3, wherein

The wiring metal film,

The metal wiring formation method of the semiconductor device which consists of aluminum films.

The method according to claim 3 or 4,

The thickness of the said tungsten film is a metal wiring formation method of the semiconductor device not more than 500 GPa.

The method of claim 1,

Forming an anti-reflection film on the mask metal film further comprising a metal wiring forming method of a semiconductor device

The method of claim 6,

A metal wiring forming method for a semiconductor device, wherein the antireflection film is formed of a TiN film.

The method according to claim 4 or 7,

Etching the TiN film with an etching gas containing chlorine, etching the tungsten film with an etching gas containing fluorine, and etching the aluminum film with an etching gas containing chlorine.

The method of claim 8,

The method for forming metal wirings of a semiconductor device using SF ₆ as the etching gas containing fluorine.