KR20010048281A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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KR20010048281A
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이재한
김영창
이석주
유지룡
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윤종용
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a semiconductor device is provided to prevent the size of a pattern such as an overlay key or alignment key from being varied by reducing the path of a defocused image which transmits an insulating layer under a photoresist pattern and is reflected and transferred to a photoresist pattern in a photolithography process. CONSTITUTION: A pattern having a size greater than 2 micro meters is formed on a semiconductor substrate(100) where an insulating layer(102) is stacked. Before the pattern is formed, a reflecting layer(112b) is formed in a portion where the pattern is to be formed so that the size of the pattern is prevented from being varied. The reflecting layer is composed of metal or polysilicon.

Description

반도체 장치의 제조 방법{Method for manufacturing semiconductor device}Method for manufacturing semiconductor device

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패턴 간의 오버레이 얼라인먼트를 측정하기 위한 오버레이 키(overlay key)의 크기 변화를 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 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 manufacturing a semiconductor device capable of preventing a change in the size of an overlay key for measuring overlay alignment between patterns.

집적 회로의 제조는 실리콘 기판의 소 영역들 내에 불순물들을 주입하는 공정과, 이 영역들을 상호 연결하여 회로 구성물들을 형성하는 공정을 요구한다. 이러한 영역들을 정의하는 패턴들은 사진 공정에 의해 형성된다. 즉, 먼저 웨이퍼의 상부에 포토레지스트를 스핀 코팅한 후, 자외선, 전자-빔 또는 X-선과 같은 광선의 조사에 의해 포토레지스트층을 선택적으로 노광시킨다. 포토레지스트층 내의 패턴들은 웨이퍼가 그 후에 수반되는 현상 단계를 거칠 때 형성된다. 현상 후에 남아있는 포토레지스트 영역들은 그것이 커버하고 있는 기판 영역들을 보호한다. 포토레지스트가 제거되어진 영역들은 기판의 표면 위로 패턴을 전사하기 위한 여러 가지 공정들, 즉 리프트-오프나 식각 공정을 겪게 된다.Fabrication of integrated circuits requires implanting impurities into small regions of the silicon substrate and interconnecting the regions to form circuit components. Patterns defining these areas are formed by a photographic process. That is, first, the photoresist is spin-coated on top of the wafer, and then the photoresist layer is selectively exposed by irradiation of light such as ultraviolet rays, electron-beams or X-rays. Patterns in the photoresist layer are formed when the wafer is subsequently subjected to a developing step. The photoresist areas remaining after development protect the substrate areas it covers. The areas where the photoresist has been removed are subject to various processes for transferring the pattern onto the surface of the substrate, namely lift-off or etching.

상술한 사진 공정에서 패턴들을 포토레지스트가 도포되어 있는 웨이퍼 상에 전사시키기 위해 사용되는 장치, 즉 프린터(printer), 노광 도구(exposure tool) 또는 정렬기(aligner)로 불리우는 장치는 다음과 같은 부시스템을 포함한다; 즉 (a) 포토레지스트를 변형시키기 위한 광학 에너지를 제공하는 광원, (b) 패턴들을 웨이퍼의 표면 상에 포커싱하고 노광 시간을 제어하기 위한 광학 부시스템, (c) 노광되어질 웨이퍼를 지탱하기 위한 이동성 스테이지(stage), (d) 수동 얼라인먼트와 같은 얼라인먼트 부시스템, (e) 웨이퍼 핸들링 부시스템, 및 (f) 노광계를 포함한다. 여기서, 스테이지의 위치는 마스크나 레티클(reticle)과 같은 광학적 패턴 전사 도구로부터의 이미지가 웨이퍼의 상부에 이미 인쇄되어 있는 패턴들에 대해 얼라인될 수 있도록 매우 정교하게 조절되어야 한다.In the above-described photographic process, an apparatus used to transfer patterns onto a photoresist-coated wafer, that is, a printer, an exposure tool, or an aligner, is a sub-system as follows. It includes; That is, (a) a light source providing optical energy to deform the photoresist, (b) an optical subsystem for focusing patterns on the surface of the wafer and controlling the exposure time, and (c) mobility to support the wafer to be exposed. Stages, (d) alignment subsystems such as manual alignment, (e) wafer handling subsystems, and (f) exposure systems. Here, the position of the stage must be very finely adjusted so that an image from an optical pattern transfer tool such as a mask or a reticle can be aligned with respect to patterns already printed on top of the wafer.

통상의 얼라인먼트 방법에 의하면, 노광 설비에서 단파장의 레이저를 통한 회절 현상이나 광대역(broad band)의 백색광을 이용한 세기(intensity)의 차이를 이용하여 전 단계의 식각을 동반한 사진 공정에 의해 형성된 얼라인먼트 키의 좌표값을 읽고 그 보정값을 산출하여 얼라인을 진행한 후, 노광 및 현상 공정을 진행한다. 이어서, 웨이퍼 상에 형성되어 있는 오버레이 키를 사용하여 별도의 계측 시스템(metrology system)에서 이전 층에 대한 현 패턴의 오버랩 정도를 측정한다.According to the conventional alignment method, an alignment key formed by a photographic process accompanied by etching in the previous stage by using a diffraction phenomenon using a short wavelength laser or an intensity difference using white light of a broadband band in an exposure facility. After reading the coordinate value of, calculate the correction value and proceed with the alignment, the exposure and development process is performed. The overlay key formed on the wafer is then used to measure the degree of overlap of the current pattern for the previous layer in a separate metrology system.

노광 설비에서 사용하는 얼라인먼트 키와 오버레이 계측 시스템에서 사용하는 오버레이 키는 서로 다른 형태의 패턴을 갖는다. 통상의 오버레이 키는 기준이 되는 하지층의 식각된 패턴으로 이루어진 트렌치 형태의 어미자와, 현재의 사진 공정에서 형성된 포토레지스트 패턴으로 이루어진 메사(mesa) 형태의 아들자로 구성된다. 계측 시스템에서 임의의 광원을 이용하여 어미자와 아들자의 신호를 구하고, 신호 가공을 거쳐 각 측정 위치에서 어미자의 중심과 아들자의 중심을 비교하여 어미자에 대한 아들자의 상대적 변위(displacement)를 구한다. 이렇게 측정된 변위값이 스펙-인(spec-in)이면 식각 공정과 같은 후속 공정을 진행하고, 측정치가 스펙-아웃(spec-out)이면 미스얼라인먼트에 대한 보정값을 산출한 후 다시 노광 및 현상 공정을 진행한다.The alignment key used in the exposure facility and the overlay key used in the overlay metrology system have different patterns. A typical overlay key consists of a trench-shaped mother made of an etched pattern of the underlying layer as a reference, and a mesa-shaped son made of a photoresist pattern formed in the current photographic process. In the measurement system, signals of the mother and son are obtained by using an arbitrary light source, and the relative displacement of the son with respect to the mother is obtained by comparing the center of the mother and the son of the son at each measurement position through signal processing. If the measured displacement value is spec-in, proceed with the subsequent process such as etching process.If the measured value is spec-out, calculate the correction value for misalignment and then expose and develop again. Proceed with the process.

따라서, 오버레이 얼라인먼트에서는 각 측정 위치에서 측정 오차없이 정확한 변위값을 구하는 것이 얼라인먼트 정확도를 좌우하게 된다. 만일 동일 웨이퍼 내에서 위치별로 오버레이 키의 크기 변화가 발생한다면 측정 오차를 유발하게 되어 정확한 오버레이 얼라인먼트를 수행할 수 없게 된다.Therefore, in overlay alignment, obtaining accurate displacement value without measuring error at each measurement position determines alignment accuracy. If a change in the size of the overlay key for each position in the same wafer occurs, a measurement error may be caused and accurate overlay alignment may not be performed.

도 1은 종래의 오버레이 키 영역을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional overlay key region.

도 1을 참조하면, 노광 설비의 얼라인먼트 키나 오버레이 계측 설비의 오버레이 키와 같은 보조 패턴들은 회로 동작에 영향을 미치지 않도록 칩과 칩 사이를 구분하는 스크라이브 라인(scribe line) 영역에 형성된다. 통상적으로 스크라이브 라인 영역은 비투과막이 증착될 경우 식각 공정시 오픈되어 비투과막을 제거하므로 산화막만 계속 적층된다.Referring to FIG. 1, auxiliary patterns such as an alignment key of an exposure facility or an overlay key of an overlay metrology facility are formed in a scribe line area that separates a chip from a chip so as not to affect a circuit operation. Typically, the scribe line region is opened during the etching process when the non-transmissive layer is deposited to remove the non-transmissive layer, so that only the oxide layer is continuously stacked.

예를 들어, 반도체 후미 공정(back-end process) 중의 하나인 비아 홀 형성을 위한 사진 공정시 스크라이브 라인 영역에서는 실리콘 기판(10)까지 약 20000Å 두께의 산화막층(12)이 적층되어 있으며, 스크라이브 라인 영역 내에서도 산화막층(12)이 4000Å 정도의 두께 변화를 갖게 된다. 따라서, 사진 공정시 포토레지스트 패턴(14) 하부의 두꺼운 산화막층(12)을 투과한 빛이 산화막층(12) 하부의 실리콘 기판(10)으로부터 반사된 후 다시 포토레지스트 패턴(14) 쪽으로 나올 때, 산화막층(12) 두께의 2배에 해당하는 디포커스 이미지(defocus image)를 포토레지스트 패턴(14)에 전달하게 된다(도 1의 동그라미 영역 참조). 이때, 디포커스 이미지가 포토레지스트의 임계값보다 클 경우 패턴 이미지에 영향을 주게 되어 오버레이 키의 크기를 변화시키게 된다.For example, in the scribe line region during the photolithography process for forming a via hole, which is one of semiconductor back-end processes, an oxide layer 12 having a thickness of about 20000 μs is stacked up to the silicon substrate 10, and the scribe line Even in the region, the oxide film layer 12 has a thickness change of about 4000 kPa. Therefore, when the light transmitted through the thick oxide layer 12 under the photoresist pattern 14 is reflected from the silicon substrate 10 under the oxide layer 12 during the photolithography process and then comes out toward the photoresist pattern 14 again. The defocus image corresponding to twice the thickness of the oxide layer 12 is transferred to the photoresist pattern 14 (see the circled region of FIG. 1). At this time, if the defocus image is larger than the threshold value of the photoresist, the pattern image is affected and the size of the overlay key is changed.

또한, 스크라이브 라인 영역 내에서의 산화막층(12)의 두께 변화도 오버레이 키의 크기 변화를 유발하므로, 동일 웨이퍼 내에서 위치 별로 오버레이 키의 크기 변화가 유발되어 오버레이 계측시 측정 오차나 측정 불능이 발생하게 된다. 특히, 과도 도즈(overdose)가 적용되도록 레티클이 설계되어 노광 에너지가 통상의 값보다 많이 요구될 경우, 이러한 오버레이 키의 크기 변화가 더욱 심하게 나타난다.In addition, since a change in the thickness of the oxide layer 12 in the scribe line region also causes a change in the size of the overlay key, a change in the size of the overlay key is caused for each position in the same wafer, resulting in measurement error or incapacity during measurement of overlay. Done. In particular, when the reticle is designed to apply an overdose so that more exposure energy is required than usual, this change in size of the overlay key appears more severe.

따라서, 본 발명의 목적은 오버레이 키나 얼라인먼트 키와 같은 큰 패턴의 디포커스된 이미지에 의한 크기 변화를 방지할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing the size change caused by a defocused image of a large pattern such as an overlay key or an alignment key.

도 1은 종래의 오버레이 키 형성영역의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional overlay key forming region.

도 2는 노출된 웨이퍼 상에서 오버레이 키 패턴의 크기 변화를 모의실험한 결과를 도시한 그래프이다.2 is a graph showing the results of simulating the change in the size of the overlay key pattern on the exposed wafer.

도 3은 산화막층 상에서 오버레이 키 패턴의 크기 변화를 모의실험한 결과를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the results of simulating the change in the size of the overlay key pattern on the oxide layer.

도 4는 패턴 크기별로 디포커스 정도에 따른 공간상 세기를 비교 도시한 그래프이다.4 is a graph illustrating a comparison of spatial intensities according to degree of defocus for each pattern size.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 스크라이브 라인 영역과 칩 영역을 각각 도시한 단면도들이다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating scribe line regions and chip regions, respectively, according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 실리콘 기판 102 : 절연층100 silicon substrate 102 insulating layer

104 : 제1 금속배선 106 : 제1 층간절연층104: first metal wiring 106: first interlayer insulating layer

108 : 제1 비아 홀 110 : 제1 비아 플러그108: first via hole 110: first via plug

112a : 제2 금속배선 112b : 반사막112a: second metal wiring 112b: reflective film

114 : 제2 층간절연층 116 : 포토레지스트 패턴114: second interlayer insulating layer 116: photoresist pattern

118 : 제2 비아 홀 영역118: second via hole region

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절연층이 적층되어 있는 반도체 기판의 상부에 2㎛ 이상의 크기를 갖는 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 패턴이 형성되어질 부위에 반사막을 형성하는 단계를 구비하여 상기 패턴의 크기 변화를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a semiconductor device manufacturing method of forming a pattern having a size of 2㎛ or more on the semiconductor substrate on which the insulating layer is laminated, the pattern is formed before the step of forming the pattern A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a reflective film on a portion to be made, can prevent the size change of the pattern.

바람직하게는, 반사막은 금속 또는 폴리실리콘으로 형성한다.Preferably, the reflecting film is formed of metal or polysilicon.

바람직하게는, 절연층의 두께가 10000Å 이하가 되도록 반사막을 형성한다.Preferably, the reflecting film is formed so that the thickness of an insulating layer may be 10000 Pa or less.

본 발명에 의하면, 오버레이 키나 얼라인먼트 키와 같이 패턴의 크기가 2㎛ 이상인 큰 패턴이 형성되어질 부위에 미리 반사막을 형성하여 패턴 형성부위의 절연층 두께를 감소시킨다. 따라서, 사진 공정시 포토레지스트 패턴 하부의 절연층을 투과한 후 반사되어 다시 포토레지스트 패턴으로 전달되는 디포커스 이미지의 경로를 줄여줌으로써 패턴의 크기 변화를 방지할 수 있다.According to the present invention, a reflective film is formed in advance on a portion where a large pattern having a pattern size of 2 μm or more, such as an overlay key or an alignment key, is to be formed, thereby reducing the thickness of the insulating layer on the pattern formation portion. Therefore, the size of the pattern may be prevented by reducing the path of the defocus image transmitted through the insulating layer under the photoresist pattern and then reflected and transferred to the photoresist pattern during the photolithography process.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명자는 오버레이 키의 크기 변화가 유발되는 원인을 찾기 위하여 노출된 웨이퍼(bare wafer) 상태와, 노출된 웨이퍼 상에 20000Å 두께의 산화막층이 적층된 상태에서 오버레이 키 패턴의 크기 변화를 모의실험하였다. 오버레이 키 패턴의 크기는 현상 후의 임계치수(ADI CD)로 나타내었다.The present inventors simulated the change in the size of the overlay key pattern in the exposed state of the bare wafer and in a state where a 20000 층 thick oxide layer was stacked on the exposed wafer to find the cause of the change in the size of the overlay key. . The size of the overlay key pattern is represented by the threshold after development (ADI CD).

도 2는 노출된 웨이퍼 상에서의 오버레이 키의 크기 변화를 모의실험한 결과를 도시한 그래프로서, △는 사진 공정의 도즈가 1000msec인 경우이고 ■는 도즈가 1200msec인 경우이다. 도 3은 산화막층 상에서의 오버레이 키의 크기 변화를 모의실험한 결과를 도시한 그래프이로서, ●는 사진 공정의 도즈가 1800msec인 경우이고, ×는 도즈가 1400msec, ■는 도즈가 1000msec, ◆는 도즈가 800msec인 경우를 각각 나타낸다.Fig. 2 is a graph showing the results of simulation of the change in the size of the overlay key on the exposed wafer, where? Is the case where the dose of the photographing process is 1000 msec and ■ is the case where the dose is 1200 msec. Fig. 3 is a graph showing the results of simulation of the change of the overlay key size on the oxide layer, where is the case where the dose in the photolithography process is 1800 msec, × is the dose of 1400 msec, ■ is the dose of 1000 msec, and ◆ is the dose. Represents the case of 800 msec.

도 2 및 도 3을 참조하면, 노출된 웨이퍼 상태에서는 최적 초점이 거의 제로 근처에서 형성되고 디포커스됨에 따라 오버레이 키 패턴의 크기가 커지지만, 디포커스된 상태에서 노광 에너지의 변화 및 초점 변화에 대한 변동폭이 적다. 이에 반하여, 20000Å의 산화막이 적층된 상태에서는 최적 초점이 약 1㎛에서 형성되고 이때의 오버레이 키 패턴의 크기가 노출된 웨이퍼 상태에 비해 약 1㎛ 정도 커져 있다. 또한, 산화막 적층 상태에서는 노출된 웨이퍼 상태와 비슷한 유형으로 디포커스됨에 따라 오버레이 키 패턴의 크기가 커지고 있으나, 약 -3㎛로 디포커스된 동일 지점(동그라미 영역)에서는 노출된 웨이퍼 상태에 비해 0.5㎛ 정도의 초점 변화에 의해 발생하는 오버레이 키의 사이즈 변화가 더욱 크게 나타나고 있다. 특히, 노광 에너지, 즉 도즈가 커짐에 따라 오버레이 키의 사이즈 변화가 더욱 심화됨을 알 수 있다.2 and 3, in the exposed wafer state, the size of the overlay key pattern increases as the optimum focus is formed and defocused near zero, but the change in exposure energy and focus change in the defocused state is increased. The fluctuation is small. In contrast, in a state where 20000 Å oxide films are stacked, an optimum focal point is formed at about 1 μm, and the size of the overlay key pattern at this time is about 1 μm larger than the exposed wafer state. In addition, the size of the overlay key pattern increases as the defocus is similar to the exposed wafer state in the oxide layer stacking state, but at the same point (circle region) defocused at about −3 μm, 0.5 μm compared to the exposed wafer state. The change in the size of the overlay key caused by the change in focus of the degree is more significant. In particular, it can be seen that as the exposure energy, that is, the dose, increases, the size of the overlay key becomes more severe.

도 4는 패턴 크기별로 디포커스 정도에 따른 공간상(aerial image)의 세기를 비교 도시한 그래프로서, 0.3㎛, 0.5㎛ 및 3.0㎛의 패턴들에 대해 초점이 0, +2 및 +4㎛인 조건에서 모의실험한 그래프이다. 여기서, 가장 굵은 선은 초점이 0.0㎛인 조건을 나타내고, 가장 얇은 선은 초점이 +4㎛인 조건을 나타낸다.FIG. 4 is a graph comparing the intensity of an spatial image according to the degree of defocus for each pattern size, wherein the focus is 0, +2, and +4 μm for patterns of 0.3 μm, 0.5 μm, and 3.0 μm. It is a graph simulated under the conditions. Here, the thickest line represents the condition that the focus is 0.0 mu m, and the thinnest line indicates the condition that the focus is +4 mu m.

도 4를 참조하면, 각각 0.3㎛와 0.5㎛의 크기를 갖는 작은 패턴(B, A)은 2㎛ 이상의 디포커스가 발생할 때 이미지 정보의 급속한 상실로 인하여 공간상 세기가 거의 없어지게 된다. 이에 반하여, 3.0㎛의 크기를 갖는 큰 패턴(C)은 2㎛ 이상의 디포커스가 발생할 때 이미지 세기 프로파일의 폭이 넓어지지만 여전히 큰 공간상 세기를 갖는다. 따라서, 포토레지스트 패턴의 하지막으로부터 반사되는 디포커스 이미지는 2㎛ 이상의 크기를 갖는 큰 패턴에만 영향을 주는 것으로 해석할 수 있다.Referring to FIG. 4, the small patterns B and A having sizes of 0.3 μm and 0.5 μm, respectively, have almost no spatial intensity due to the rapid loss of image information when defocus of 2 μm or more occurs. In contrast, the large pattern C having a size of 3.0 mu m widens the image intensity profile when defocusing at 2 mu m or more occurs, but still has a large spatial intensity. Therefore, it can be interpreted that the defocus image reflected from the underlying film of the photoresist pattern affects only a large pattern having a size of 2 μm or more.

만약, 포토레지스트의 임계값이 0.3의 세기에서 결정된다면, 반사된 디포커스 이미지에 의해 원래 크기보다 큰 네거티브 경사 프로파일을 갖는 패턴이 형성될 것이다. 이러한 디포커 이미지에 의한 패턴 크기의 변화는 노광 에너지가 높은 조건, 즉 공간상 세기가 낮은 값에서 패턴이 형성되는 조건일수록 더욱 심화된다.If the threshold of the photoresist is determined at an intensity of 0.3, a pattern having a negative oblique profile larger than the original size will be formed by the reflected defocus image. The change in the pattern size due to the defocus image is intensified as the pattern is formed under high exposure energy, that is, at low spatial intensity.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 스크라이브 라인 영역과 칩 영역을 각각 도시한 단면도들로서, 제2 비아 홀을 형성하기 위한 사진 공정에서 형성되는 오버레이 키의 크기 변화를 방지하기 위한 방법을 예시한다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a scribe line region and a chip region, respectively, according to an embodiment of the present invention, and a method for preventing a size change of an overlay key formed in a photo process for forming a second via hole. To illustrate.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 트랜지스터나 비트라인, 또는 캐패시터와 같은 전도성 소자들이 형성되어 있는 실리콘 기판(100)의 상부에 절연층(102)을 증착하여, 상기 소자들을 제1 금속배선으로부터 전기적으로 절연시킨다. 절연층(102)의 상부에 금속, 예컨대 알루미늄을 스퍼터링에 의해 증착하여 제1 금속층(104)을 증착하고, 그 상부에 타이타늄(Ti)/타이타늄 나이트라이드(TiN)로 이루어진 제1 캡핑층(도시하지 않음)을 증착한다. 사진식각 공정으로 제1 캡핑층 및 제1 금속층(104)을 패터닝하여 상기 소자들에 대한 배선인 제1 금속배선(104)을 형성한다.Referring to FIGS. 5A and 5B, an insulating layer 102 is deposited on the silicon substrate 100 on which conductive devices such as transistors, bit lines, or capacitors are formed, and the devices are electrically connected from the first metal wiring. Insulate A first capping layer made of titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) is deposited on top of the insulating layer 102 by depositing a metal, for example, aluminum by sputtering, on top of the insulating layer 102. Not deposited). The first capping layer and the first metal layer 104 are patterned by a photolithography process to form a first metal wiring 104, which is a wiring for the devices.

제1 금속배선(104)이 형성된 결과물의 상부에 산화막을 약 10000Å의 두께로 증착하여 제1 층간절연층(intermetal dielectric layer; IMD)(106)을 형성하고, 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP) 방법으로 제1 층간절연층(106)의 표면을 평탄화시킨다. 이어서, 사진식각 공정으로 제1 층간절연층(106)을 식각하여 제1 금속배선(102)의 표면을 노출시키는 제1 비아 홀(108)을 형성한다. 제1 비아 홀(108)의 형성을 위한 사진 공정시, 스크라이브 라인 영역 상의 포토레지스트 패턴으로 이루어진 오버레이 키의 아들자를 이용하여 이전 단계에서 형성된 오버레이 키의 어미자에 대한 아들자의 상대적 변위를 측정함으로써 제1 금속배선(104)과 제1 비아 홀(108) 간의 오버랩 얼라인먼트를 수행한다. 또한, 제1 비아 홀(108)의 형성시 그 위에 형성되어질 제2 금속배선에 대한 오버레이 키의 어미자(도시하지 않음)가 스크라이브 라인 영역 상에 형성된다.An oxide film is deposited to a thickness of about 10000 GPa on the resulting product on which the first metal wiring 104 is formed to form a first intermetal dielectric layer (IMD) 106, and chemical mechanical polishing (CMP). The surface of the first interlayer insulating layer 106 is planarized. Subsequently, the first interlayer insulating layer 106 is etched by a photolithography process to form a first via hole 108 exposing the surface of the first metal wiring 102. In the photolithography process for forming the first via hole 108, the first key is measured by measuring the relative displacement of the son to the mother of the overlay key formed in the previous step using the son of the overlay key formed of the photoresist pattern on the scribe line region. The overlap alignment between the metallization 104 and the first via hole 108 is performed. In addition, a mother (not shown) of the overlay key for the second metal wiring to be formed thereon upon formation of the first via hole 108 is formed on the scribe line region.

이어서, 결과물의 상부에 금속, 예컨대 텅스텐을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법으로 증착하고, 제1 층간절연층(106)의 표면이 노출될 때까지 화학 기계적 연마(CMP) 방법으로 텅스텐층을 식각하여 제1 비아 홀(108)의 내부에 제1 비아 플러그(110)를 형성한다.Subsequently, a metal, such as tungsten, is deposited on top of the resultant by chemical vapor deposition (CVD) and tungsten by chemical mechanical polishing (CMP) until the surface of the first interlayer insulating layer 106 is exposed. The layer is etched to form a first via plug 110 in the first via hole 108.

제1 비아 플러그(110)가 형성된 결과물의 상부에 금속, 예컨대 알루미늄을 스퍼터링에 의해 증착하여 제2 금속층을 증착하고, 그 상부에 타이타늄(Ti)/타이타늄 나이트라이드(TiN)로 이루어진 제2 캡핑층(도시하지 않음)을 증착한다. 사진식각 공정으로 제2 캡핑층 및 제2 금속층을 패터닝하여 제1 비아 플러그(110)에 의해 제1 금속배선(104)에 전기적으로 연결되는 제2 금속배선(112a)을 형성한다. 종래에는 스크라이브 라인 영역에서 비투과막인 제2 금속층을 제거하였으나, 본 발명에서는 스크라이브 라인 영역에서도 제2 금속층을 패터닝하여 후속 공정에서 오버레이 키 패턴이 형성되어질 부위에 반사막(112b)을 형성한다. 이때, 반사막(112b)을 형성하기 위해 추가의 증착 공정이나 추가의 레티클 제작이 필요하지 않으며, 단지 제2 금속배선(112a)을 패터닝하기 위한 레티클을 크기 변화가 유발될 수 있는 큰 패턴의 형성 부위에 반사막(112b)이 형성되도록 제작하면 된다.A second capping layer made of titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) is deposited on top of the resultant on which the first via plug 110 is formed by depositing a metal, for example aluminum, by sputtering. (Not shown) is deposited. The second capping layer and the second metal layer are patterned by a photolithography process to form a second metal wire 112a electrically connected to the first metal wire 104 by the first via plug 110. Conventionally, although the second metal layer, which is a non-transmissive film, is removed from the scribe line region, in the present invention, the second metal layer is also patterned in the scribe line region to form the reflective film 112b on the portion where the overlay key pattern is to be formed in a subsequent process. In this case, an additional deposition process or an additional reticle is not required to form the reflective film 112b, and only a large pattern forming part may cause a change in size of the reticle for patterning the second metal wiring 112a. What is necessary is just to manufacture so that the reflective film 112b may be formed in it.

또한, 제2 금속배선(112a)의 패터닝을 위한 사진 공정시 스크라이브 라인 영역에 형성된 오버레이 키의 아들자를 이용하여 이전 단계에서 형성된 오버레이 키의 어미자에 대한 아들자의 상대적 변위를 측정함으로써 제1 비아 홀(108)과 제2 금속배선(112a) 간의 오버랩 얼라인먼트를 수행한다.Also, by measuring the relative displacement of the son to the mother of the overlay key formed in the previous step by using the son of the overlay key formed in the scribe line area during the photolithography process for patterning the second metal wiring 112a, the first via hole ( 108 and the overlap alignment between the second metal wiring 112a is performed.

제2 금속배선(112a) 및 반사막(112b)이 형성된 결과물의 상부에 산화막을 약 10000Å의 두께로 증착하여 제2 층간절연층(114)을 형성하고, 화학 기계적 연마(CMP) 방법으로 제2 층간절연층(114)의 표면을 평탄화시킨다. 이어서, 사진 공정을 통해 제2 층간절연층(114)의 상부에 제2 비아 홀이 형성되어질 영역(118)을 오픈시키도록 포토레지스트 패턴(116)을 형성한다. 이때, 스크라이브 라인 영역에는 포토레지스트 패턴(116)으로 이루어진 오버레이 키의 아들자가 형성되어, 이전 단계에서 형성된 오버레이 키의 어미자에 대한 아들자의 상대적 변위를 측정함으로써 제2 금속배선(112a)과 제2 비아 홀 간의 오버랩 얼라인먼트를 수행한다.The second interlayer dielectric layer 114 is formed by depositing an oxide film with a thickness of about 10000 GPa on the upper part of the resultant product on which the second metal wiring 112a and the reflective film 112b are formed, and using the chemical mechanical polishing (CMP) method. The surface of the insulating layer 114 is planarized. Next, a photoresist pattern 116 is formed to open the region 118 where the second via hole is to be formed on the second interlayer insulating layer 114 through a photolithography process. At this time, the son of the overlay key made of the photoresist pattern 116 is formed in the scribe line region, the second metal wiring 112a and the second via by measuring the relative displacement of the son to the mother of the overlay key formed in the previous step Perform overlap alignment between holes.

종래 방법에 의하면, 제2 비아 홀을 형성하기 위한 사진 공정시 스크라이브 라인 영역에는 제1 층간절연층과 제2 층간절연층이 적층되어 20000Å 이상의 두께를 갖는 산화막층이 남아있게 된다. 따라서, 포토레지스트 패턴 하부의 약 20000Å 두께의 산화막층을 투과한 빛이 산화막층 하부의 실리콘 기판으로부터 반사된 후 다시 포토레지스트 패턴 쪽으로 나올 때, 산화막층 두께의 2배에 해당하는 디포커스 이미지가 포토레지스트 패턴에 전달되어 오버레이 키의 크기 변화가 유발된다.According to the conventional method, during the photolithography process for forming the second via hole, the first interlayer insulating layer and the second interlayer insulating layer are stacked so that an oxide layer having a thickness of 20000 Å or more remains. Therefore, when light transmitted through an oxide layer having a thickness of about 20000 m under the photoresist pattern is reflected from the silicon substrate under the oxide layer and then comes out toward the photoresist pattern, a defocus image corresponding to twice the thickness of the oxide layer is formed. It is transferred to the resist pattern to cause a change in the size of the overlay key.

이에 반하여, 본 발명의 스크라이브 라인 영역에서는 제1 층간절연층(106)과 제2 층간절연층(114)의 사이에 반사막(112b)이 적층되어 있으므로, 오버레이 키가 형성되는 부위의 산화막층 두께가 약 10000Å 정도로 줄어들게 된다. 따라서, 포토레지스트 패턴(116) 하부의 산화막층(114)을 투과한 빛은 실리콘 기판(100)이 아니라 반사막(112b)으로부터 반사된 후 다시 포토레지스트 패턴(116) 쪽으로 나오게 되므로, 산화막층(114)을 투과한 빛의 반사 경로를 줄이게 됨으로써 오버레이 키의 크기 변화를 방지할 수 있다.On the other hand, in the scribe line region of the present invention, since the reflective film 112b is stacked between the first interlayer insulating layer 106 and the second interlayer insulating layer 114, the oxide layer thickness of the portion where the overlay key is formed is increased. It is reduced to about 10000Å. Therefore, the light transmitted through the oxide layer 114 under the photoresist pattern 116 is reflected from the reflective film 112b instead of the silicon substrate 100, and then comes out toward the photoresist pattern 116. By reducing the reflection path of the light passing through), it is possible to prevent the size of the overlay key from changing.

이어서, 도시하지는 않았으나, 포토레지스트 패턴(116)을 마스크로 이용하여 제2 층간절연층(114)을 식각함으로써 제2 금속배선(112a)의 표면을 노출시키는 제2 비아 홀을 형성한다. 결과물의 상부에 금속, 예컨대 텅스텐을 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 증착하고, 제2 층간절연층(114)의 표면이 노출될 때까지 화학 기계적 연마(CMP) 방법으로 텅스텐층을 식각하여 제2 비아 홀의 내부에 제2 비아 플러그를 형성한다. 이어서, 결과물의 상부에 금속, 예컨대 알루미늄을 스퍼터링에 의해 증착하여 제3 금속층을 증착하고, 그 상부에 타이타늄(Ti)/타이타늄 나이트라이드(TiN)로 이루어진 제3 캡핑층을 증착한다. 사진식각 공정으로 제3 캡핑층 및 제3 금속층을 패터닝하여 제2 비아 플러그를 통해 제2 금속배선(112a)에 전기적으로 연결되는 제3 금속배선을 형성한다.Subsequently, although not shown, a second via hole exposing the surface of the second metal wiring 112a is formed by etching the second interlayer insulating layer 114 using the photoresist pattern 116 as a mask. A metal such as tungsten is deposited on top of the resultant by chemical vapor deposition (CVD), and the tungsten layer is etched by chemical mechanical polishing (CMP) until the surface of the second interlayer insulating layer 114 is exposed. A second via plug is formed in the via hole. Subsequently, a metal, such as aluminum, is deposited on the resultant by sputtering to deposit a third metal layer, and a third capping layer made of titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) is deposited thereon. The third capping layer and the third metal layer may be patterned by a photolithography process to form a third metal interconnect electrically connected to the second metal interconnect 112a through the second via plug.

상술한 실시예에서는 스크라이브 라인 영역에 형성되는 오버레이 키의 크기 변화를 방지하는 방법을 예시하였으나, 메모리 셀 영역에 형성되는 2㎛ 이상의 크기를 갖는 패턴에도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.In the above-described embodiment, a method of preventing a change in the size of the overlay key formed in the scribe line region is illustrated, but the present invention can be applied to a pattern having a size of 2 μm or more formed in the memory cell region.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 오버레이 키나 얼라인먼트 키와 같이 패턴의 크기가 2㎛ 이상인 큰 패턴이 형성되어질 부위에 미리 반사막을 형성하여 패턴 형성부위의 절연층 두께를 감소시킨다. 따라서, 사진 공정시 포토레지스트 패턴 하부의 절연층을 투과한 후 반사되어 다시 포토레지스트 패턴으로 전달되는 디포커스 이미지의 경로를 줄여줌으로써 패턴의 크기 변화를 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, a reflective film is formed on a portion where a large pattern having a pattern size of 2 μm or more, such as an overlay key or an alignment key, is to be formed in advance, thereby reducing the thickness of the insulating layer on the pattern forming portion. Therefore, the size of the pattern may be prevented by reducing the path of the defocus image transmitted through the insulating layer under the photoresist pattern and then reflected and transferred to the photoresist pattern during the photolithography process.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.

Claims (3)

절연층이 적층되어 있는 반도체 기판의 상부에 2㎛ 이상의 크기를 갖는 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the semiconductor device which forms the pattern which has a magnitude | size of 2 micrometers or more in the upper part of the semiconductor substrate in which an insulating layer is laminated | stacked, 상기 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 패턴이 형성되어질 부위에 반사막을 형성하는 단계를 구비하여 상기 패턴의 크기 변화를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.And forming a reflective film on a portion where the pattern is to be formed before the forming of the pattern, thereby preventing a change in size of the pattern. 제1항에 있어서, 상기 반사막은 금속 또는 폴리실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the reflective film is formed of metal or polysilicon. 제1항에 있어서, 상기 절연층의 두께가 10000Å 이하가 되도록 상기 반사막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the reflective film is formed so that the thickness of the insulating layer is 10000 kPa or less.
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