KR19990060819A - Metal wiring formation method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비아 콘택 및 금속 배선을 동시에 형성하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming metal wirings in a semiconductor device for simultaneously forming via contacts and metal wirings.
종래의 비아 콘택과 금속 배선을 동시에 형성하는 방법은 비아 콘택이 형성될 부분에만 금속 플러그를 형성하므로써 콘택 플러그와 금속 배선의 금속 박막이 동일한 재료인 경우에는 과도 식각으로 인해 금속 배선 형성을 위해 남겨 두어야 할 금속 박막의 두께 균일도가 열악해지므로 금속 배선의 신뢰성을 저하시키게 된다.In the conventional method of forming the via contact and the metal wiring at the same time, since the metal plug is formed only at the portion where the via contact is to be formed, when the contact plug and the metal thin film of the metal wiring are the same material, they must be left for metal wiring formation due to overetching. Since the thickness uniformity of the metal thin film becomes poor, the reliability of the metal wiring is reduced.
본 발명에서는 식각 정지층을 금속층 사이에 형성하여 상부 금속층을 식각하여 콘택 플러그를 형성할 때 과도 식각을 방지하여 하부 금속층의 두께 균일도를 손상없이 유지하므로써 금속 배선 형성의 균일성을 증가시켜 금속 배선 공정의 신뢰성을 개선할 수 있다.In the present invention, an etching stop layer is formed between the metal layers to prevent excessive etching when the upper metal layer is etched to form a contact plug, thereby increasing the uniformity of metal wiring formation by maintaining the thickness uniformity of the lower metal layer without damaging the metal wiring process. Can improve the reliability.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 비아 콘택과 금속 배선을 동시에 형성하는 금속 배선 형성 공정에서 식각 정지층을 이용하여 과도 식각을 방지하므로써 금속 배선의 두께 균일도를 유지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 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. In particular, in the metal wiring forming process of simultaneously forming a via contact and a metal wiring, by using an etch stop layer to prevent excessive etching, the thickness of the metal wiring can be maintained to maintain the reliability of the device A metal wiring formation method of a semiconductor element which can be improved.
반도체 소자의 고집적화에 따라 금속 배선의 콘택 크기는 감소하게 되고, 종횡비(aspect ratio)는 더욱 증가하여 금속 배선의 비아 콘택 매립 특성이 열악해지고 있다. 따라서, 이러한 비아 콘택의 매립 특성을 개선하기 위하여 비아 콘택과 금속 배선을 동시에 형성하는 금속 배선 형성 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이를 도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.As the semiconductor devices have higher integration, the contact sizes of the metal interconnections are reduced, the aspect ratio is further increased, and the via contact filling characteristics of the metal interconnects are deteriorated. Therefore, in order to improve the buried characteristics of the via contact, researches on a method of forming a metal wire for simultaneously forming a via contact and a metal wire are being actively conducted, which will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). Is as follows.
도 1(a) 및 도 1(b)은 종래의 비아 콘택과 금속 배선을 동시에 형성하는 방법 및 이로 인해 발생되는 문제점을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views of a device for explaining a method of simultaneously forming a conventional via contact and a metal wiring and a problem caused by the same.
도 1(a)를 참조하면, 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(11) 상부에 금속 박막을 증착한 후 패터닝하여 제 1 금속 배선(12)을 형성한다. 제 1 금속 배선(12) 상부에 감광막을 도포하고 비아 콘택이 형성될 위치를 확정한 후 이를 통해 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴(도시안됨)을 형성한다. 감광막 패턴(도시안됨)을 마스크로 제 1 금속 배선(12)을 식각하여 비아 콘택이 형성될 위치에 금속 플러그를 형성하여 비아 콘택 플러그(13)로 작용하도록 한다. 전체 구조 상부에 절연 산화막(14)을 증착한 후 CMP 공정을 실시하여 평탄화시킨다. 그리고 제 2 금속 배선(15)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a first metal wire 12 is formed by depositing and patterning a metal thin film on a semiconductor substrate 11 on which various elements for manufacturing a semiconductor device are formed. After the photoresist is coated on the first metal wire 12 and the position at which the via contact is to be formed is determined, the photoresist is patterned to form a photoresist pattern (not shown). The first metal wire 12 is etched using the photoresist pattern (not shown) as a mask to form a metal plug at a position where a via contact is to be formed to act as the via contact plug 13. The insulating oxide film 14 is deposited on the entire structure, and then planarized by performing a CMP process. And the 2nd metal wiring 15 is formed.
이와 같은 방법으로 금속 배선을 형성하면 비아 콘택이 형성될 위치에 금속 플러그가 형성되어 있어 후속 비아 콘택 매립 공정이 필요없게 된다.If the metal wiring is formed in this manner, the metal plug is formed at the position where the via contact is to be formed, thereby eliminating the need for a subsequent via contact filling process.
그러나, 이와 같이 비아 콘택과 금속 배선을 동시에 형성하는 방법은 공정이 복잡하고 공정을 제어하기 어려워 웨이퍼내(within wafer) 및 웨이퍼간(wafer to wafer)의 균일성이 저하되는 단점이 있다. 특히, 비아 콘택이 형성될 부분에만 금속 플러그를 형성하므로써 콘택 플러그와 금속 배선의 금속 박막이 동일한 재료인 경우에는 과도 식각으로 인해 금속 배선 형성을 위해 남겨 두어야 할 금속 박막의 두께 균일도가 열악해진다(16). 이를 도 1(b)에 도시하였다. 즉, 콘택 플러그(15) 형성 후 식각 정지(etch stop)를 할 수 없으므로 웨이퍼내의 위치별로 남아 있는 금속 박막의 두께가 일정하지 않게 된다. 따라서, 금속 패턴의 두께가 일정하지 않게 되므로 금속 배선의 신뢰성을 저하시키게 된다.However, the method of simultaneously forming the via contact and the metal wiring has a disadvantage in that the process is complicated and difficult to control the process, thereby decreasing the uniformity between the wafer and the wafer to wafer. In particular, since the metal plug is formed only at the portion where the via contact is to be formed, when the contact plug and the metal thin film of the metal wiring are the same material, the excessive etching causes poor thickness uniformity of the metal thin film to be left for forming the metal wiring (16). ). This is shown in Figure 1 (b). That is, since the etch stop cannot be performed after the contact plug 15 is formed, the thickness of the metal thin film remaining for each position in the wafer is not constant. Therefore, since the thickness of the metal pattern is not constant, the reliability of the metal wiring is lowered.
따라서, 본 발명은 콘택 플러그와 금속 배선을 동시에 형성하는 금속 배선 형성 공정에서 과도 식각에 의해 금속 배선의 두께 균일도의 열악해지는 문제점을 해결하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention solves the problem that the thickness uniformity of the metal wiring is poor due to excessive etching in the metal wiring forming process for simultaneously forming the contact plug and the metal wiring, thereby improving the reliability of the device. The purpose is to provide.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판 상부에 제 1 금속층, 식각 정지층 및 제 2 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제 2 금속층의 선택된 영역을 제거하여 콘택 플러그를 형성하는 단계와, 상기 식각 정지층 및 제 1 금속층의 선택된 영역을 제거하여 제 1 금속 배선을 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 절연 산화막을 형성하고 평탄화시킨 후 상기 절연 산화막 상부에 제 3 금속층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of sequentially forming a first metal layer, an etch stop layer, and a second metal layer on a semiconductor substrate on which various elements for manufacturing a semiconductor device are formed, and selected regions of the second metal layer. Forming a contact plug by removing the contact plug; forming a first metal wiring by removing selected regions of the etch stop layer and the first metal layer; and forming and planarizing an insulating oxide film on the entire structure, and then planarizing the insulating oxide film. And forming a third metal layer thereon.
도 1(a) 및 도 1(b)는 종래의 비아 콘택과 금속 배선을 동시에 형성하는 방법 및 그에 따른 문제점을 설명하기 위한 소자의 단면도.1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views of a device for explaining a method of simultaneously forming a conventional via contact and a metal wiring and the problems thereof.
고 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views of a device for explaining a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11, 21 : 반도체 기판 12, 26 : 제 1 금속 배선11 and 21: semiconductor substrate 12 and 26: first metal wiring
13, 24a : 콘택 플러그 14, 27 : 절연 산화막13, 24a: contact plug 14, 27: insulated oxide film
15 : 제 2 금속 배선 16 : 두께 균일도가 열악해진 금속 배선15. Second metal wiring 16: Metal wiring with poor thickness uniformity
22 : 제 1 금속층 23 : 식각 정지층22: first metal layer 23: etch stop layer
24 : 제 2 금속층 25 : 감광막 패턴24: second metal layer 25: photosensitive film pattern
28 : 제 3 금속층28: third metal layer
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views of devices for explaining a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention.
도 2(a)를 참조하면, 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(21) 상부에 제 1 금속층(22)을 형성한다. 제 1 금속층(22) 상부에 식각 정지층(23) 및 제 2 금속층(24)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a first metal layer 22 is formed on a semiconductor substrate 21 on which various elements for manufacturing a semiconductor device are formed. An etch stop layer 23 and a second metal layer 24 are formed on the first metal layer 22.
여기서, 식각 정지층(23)은 반드시 금속이어야 하며 제 2 금속층(24)과는 일정한 식각 선택도를 갖는 물질이어야 한다. 예를 들면, 제 2 금속층(24)이 알루미늄 박막일 경우 식각 정지층(23)은 텅스텐으로 형성하는 것이 효과적이다. 일반적으로 알루미늄은 Cl 계열의 가스에 식각되고, 텅스텐은 불소 계열의 가스에 식각된다. 그러므로 식각 정지층(23)은 상부의 제 2 금속층(24)과의 식각 선택도가 큰 금속으로 형성하면 된다.Here, the etch stop layer 23 must be a metal and a material having a constant etch selectivity with the second metal layer 24. For example, when the second metal layer 24 is an aluminum thin film, the etch stop layer 23 may be formed of tungsten. In general, aluminum is etched in Cl-based gas, and tungsten is etched in fluorine-based gas. Therefore, the etch stop layer 23 may be formed of a metal having a high etching selectivity with the upper second metal layer 24.
도 2(b)를 참조하면, 제 2 금속층(24) 상부에 감광막을 도포한 후 사진 및 식각 공정을 실시하여 콘택 플러그가 형성될 부분에만 감광막 패턴(25)을 형성한다. 감광막 패턴(25)을 마스크로 제 2 금속층(24)에 식각 공정을 실시하여 콘택 플러그(24a)를 형성한 후 감광막 패턴(25)을 제거한다.Referring to FIG. 2B, after the photoresist is coated on the second metal layer 24, the photoresist pattern 25 is formed only on a portion where the contact plug is to be formed by performing a photo and etching process. The second metal layer 24 is etched using the photoresist pattern 25 as a mask to form a contact plug 24a, and then the photoresist pattern 25 is removed.
이때, 식각 정지층(23)으로 인해 하부의 제 1 금속층(22)이 전혀 손상을 받지 않는다. 식각 정지층을 사용하지 않는 기존의 방법으로는 콘택 플러그와 하부의 금속층이 동일한 재료이므로 패터닝을 위해 남아 있는 금속층의 상부가 손상되어 균일성이 현저히 저하된다.At this time, the lower first metal layer 22 is not damaged by the etch stop layer 23. In the conventional method without using the etch stop layer, since the contact plug and the lower metal layer are the same material, the upper part of the remaining metal layer for the patterning is damaged and the uniformity is significantly reduced.
도 2(c)를 참조하면, 금속 배선을 패터닝하기 위한 마스크를 이용한 식각 공정으로 식각 정지층(23) 및 제 1 금속층(22)을 제거하여 제 1 금속 배선(26)을 형성한다. 제 1 금속 배선(26)은 동시에 패터닝된 식각 정지층(23) 및 제 1 금속층(22)으로 이루어진다.Referring to FIG. 2C, the etch stop layer 23 and the first metal layer 22 are removed by an etching process using a mask for patterning the metal lines to form the first metal lines 26. The first metal wire 26 is formed of an etch stop layer 23 and a first metal layer 22 simultaneously patterned.
도 2(d)는 전체 구조 상부에 절연 산화막(27)을 형성한 후 CMP 공정으로 평탄화시킨 후 전체 구조 상부에 제 3 금속층(28)을 형성한 단면도이다. 제 3 금속층(28)은 이후 패터닝되어 제 2 금속 배선으로 사용된다.FIG. 2 (d) is a cross-sectional view of the third metal layer 28 formed on the entire structure after the insulating oxide film 27 is formed on the entire structure and planarized by the CMP process. The third metal layer 28 is then patterned and used as the second metal wiring.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 식각 정지층을 금속층 사이에 형성하여 과도 식각을 방지하므로써 하부의 금속층의 두께 균일도를 손상없이 유지하게 하여 금속 배선 형성의 균일성을 증가시켜 금속 배선 공정의 신뢰성을 개선할 수 있다.As described above, according to the present invention, by forming an etch stop layer between the metal layers to prevent excessive etching, the thickness uniformity of the lower metal layer is maintained without damage, thereby increasing the uniformity of metal wiring formation and improving the reliability of the metal wiring process. can do.
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KR1019970081065A KR19990060819A (en) | 1997-12-31 | 1997-12-31 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
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KR20020086098A (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-18 | 아남반도체 주식회사 | a contact structure for interconnecting multi-level wires and a method for forming the same |
KR100632623B1 (en) * | 2002-07-02 | 2006-10-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
US7186641B2 (en) | 2003-12-11 | 2007-03-06 | Dongbu Electronics Co., Ltd. | Methods of forming metal interconnection lines in semiconductor devices |
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