KR20030083446A - Method of making dual damascene for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법에 관한 것으로, 특히 기존의 공정 방식에 비해 감광막(Photo-Resist)의 두께를 크게 낮추어 미세 패터닝을 용이하게 하고 임계(Critical) 다마신을 정확하게 조정 할 수 있는 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming dual damascene etching of a semiconductor device. In particular, the thickness of the photo-resist film is greatly reduced compared to the conventional process method to facilitate fine patterning and to accurately adjust critical damascene. A dual damascene etching method of a semiconductor device that can be.
일반적으로, 금속배선은 두 가지 방법으로 형성되고 있다.In general, metal wiring is formed in two ways.
첫번째 방법은 금속막 상에 감광막 패턴을 형성하고, 그런다음, 상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 하는 플라즈마 식각 공정으로 상기 금속막을 직접 식각하여 소망하는 형태의 금속배선을 형성하는 방법이다. 그런데, 이 방법은 금속배선의 임계 치수(critical dimension)가 감소되고 있는 추세에서, 그 전기적 특성의 확보가 매우 어려운 문제점이 있다.The first method is a method of forming a photoresist pattern on a metal film, and then directly etching the metal film by a plasma etching process using the photoresist pattern as an etching barrier to form a metal wiring in a desired form. However, this method has a problem that it is very difficult to secure the electrical characteristics in the trend that the critical dimension of the metal wiring is reduced.
두번째 방법은 다마신(damascene) 공정을 이용한 방법으로서, 먼저, 제1층간절연막의 일부분을 식각·제거하여 콘택홀을 형성한 후, 상기 콘택홀 내에 금속막을 매립시켜 금속 플러그를 형성하고, 그런다음, 상기 결과물 상에 제2층간절연막을 형성한 후, 상기 제2층간절연막을 식각하여 상기 금속 플러그를 노출시킴과 동시에 라인 형태를 갖는 스페이싱 패턴(spacing pattern)을 형성하고, 그리고나서, 상기 스페이싱 패턴 내에 금속막을 매립시켜, 상기 금속 플러그와 콘택되는 금속배선을 형성하는 방법이다. 이 방법은 전자의 방법 보다 상대적으로 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있으며, 아울러, 공정 비용이 적기 때문에, 점차 그 이용이 확대되고 있다.The second method is a method using a damascene process. First, a portion of the first interlayer insulating layer is etched and removed to form a contact hole, and then a metal film is embedded in the contact hole to form a metal plug. After forming a second interlayer insulating film on the resultant, the second interlayer insulating film is etched to expose the metal plug, and a spacing pattern having a line shape is formed. Then, the spacing pattern is formed. A metal film is embedded in the metal film to form a metal wiring in contact with the metal plug. This method is able to obtain relatively superior electrical characteristics than the former method, and at the same time, the use of the method is gradually expanded because of less process cost.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for forming dual damascene etching of a semiconductor device according to the related art.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 다마신(Damascene) 방식으로 하부 금속 배선(Sub-Metal; 12)이 형성된 반도체 기판(10) 위에 확산 방지막(14), 저 유전상수(Low-k) 제 1 층간절연막(IMD-1; 16), 스토핑 레이어(Stopping Layer; 18)를 증착 시킨 후에 스토핑 레이어(18')에만 소정의 비아 홀(Via Hole)을 형성 시킨다.First, as illustrated in FIG. 1A, a diffusion barrier 14 and a low-k dielectric material are formed on a semiconductor substrate 10 on which a lower metal wiring (Sub-Metal) 12 is formed in a damascene manner. After the deposition of one interlayer insulating layer (IMD-1) 16 and the stopping layer 18, a predetermined via hole is formed only in the stopping layer 18 ′.
그 다음, 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 그 위에 저 유전상수(Low-k) 제 2 층간절연막(IMD-2; 20)를 증착 시킨 후에 감광막(22)을 충분히 두껍게 도포(Coating) 시킨다. 도포한 감광막(22)의 상부-금속-배선에 해당되는 영역(24a)을 음각 방식으로 패터닝(Patterning)한 후 식각을 진행하면 비아 홀(Via Hole: 24b) 및 상부 금속 배선으로 구성된 듀얼 다마신 패턴(24c)을 얻을 수 있다.Next, as shown in FIGS. 1B to 1C, after the low dielectric constant (Low-k) second interlayer insulating film (IMD-2) 20 is deposited thereon, the photoresist film 22 is sufficiently thick coated. Let's do it. After etching the patterned area 24a corresponding to the upper-metal-wiring of the coated photoresist layer 22 by etching, the dual damascene composed of via holes 24b and upper metal wirings is etched. The pattern 24c can be obtained.
이러한 공정 방식은 감광막의 패터닝이 쉽고 트렌치 깊이(Depth) 및 프로파일(Profile) 조절이 용이한 장점이 있다. 그러나, 대부분의 경우 스토핑 레이어(18)로 사용되는 물질의 유전-상수(Dielectric Constant)가 높기 때문에 전체 층간절연막(IMD)의 유전-상수 및 축적 용량(Capacitance)이 커져, 저 유전상수(Low-k) 물질을 층간절연막(IMD)으로 사용하는 장점이 없어진다. 또한, 상부 금속 배선에 대해 패터닝한 감광막으로만 전체 층간절연막을 식각해야 하기 때문에 감광막에 대한 층간절연막(IMD) 물질의 식각 선택비가 상당히 커야 하거나,또는 두께가 아주 높은 감광막을 패터닝 해야만 한다. 이러한 문제점은 미세 패턴을 구현하기 어렵게 만들고 또한 패턴의 임계 치수(Critical Dimension)을 부정확하게 만드는 요인이 된다.This process method has the advantage of easy patterning of the photoresist layer and easy adjustment of trench depth and profile. However, in most cases, since the dielectric constant of the material used as the stopping layer 18 is high, the dielectric constant and capacitance of the entire interlayer insulating film (IMD) become large, resulting in low dielectric constant (Low). k) The advantage of using the material as an interlayer insulating film (IMD) is eliminated. In addition, since the entire interlayer insulating film must be etched only with the photoresist patterned with respect to the upper metal wiring, the etching selectivity of the interlayer insulating film (IMD) material to the photosensitive film must be considerably large, or the photoresist having a very high thickness must be patterned. This problem makes it difficult to implement a fine pattern, and also becomes a factor of inaccurate critical dimension of the pattern.
도 2a 내지 도 2d는 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 다른 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating another dual damascene etching method of a semiconductor device according to the related art for solving such a problem.
먼저, 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 다마신 방식으로 하부 금속 배선(32)이 형성된 반도체 기판(30) 위에 확산 방지막(34), 저 유전상수(Low-k) 제 1 층간절연막(IMD; 36)을 증착 시킨다. 그 위에 감광막(38)을 충분히 두껍게 도포 시키고 비아 홀(40a)을 패터닝 한 후, 플라즈마 건식각을 실시하여 비아 홀(40b)을 만든다.First, as shown in FIGS. 2A to 2B, the diffusion barrier layer 34 and the low-k first interlayer insulating layer 34 are formed on the semiconductor substrate 30 on which the lower metal wires 32 are formed in a damascene manner. IMD 36) is deposited. The photoresist film 38 is sufficiently thickly coated thereon and the via holes 40a are patterned, followed by plasma dry etching to form the via holes 40b.
그 다음, 도 2c 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 제 1 층간절연막(36') 위에 감광막(42)을 도포한 후에 상부 금속 배선에 해당되는 영역을 음각 방식으로 패터닝(44a)한 후 식각을 진행하면, 비아 홀 및 상부 금속 배선으로 된 듀얼 다마신 패턴(44b)을 얻을 수 있다.Next, as shown in FIGS. 2C to 2D, after the photoresist layer 42 is coated on the first interlayer insulating layer 36 ′, the region corresponding to the upper metal wiring is patterned 44a in a negative manner, followed by etching. Proceeding, a dual damascene pattern 44b consisting of via holes and upper metal wirings can be obtained.
이러한 방식은 그 공정이 상대적으로 간단하고 스토핑 레이어로 인해 층간 절연막(IMD) 전체의 유전 상수가 높아지는 문제점이 발생하지 않는다. 그러나, 비아 홀을 깊게 식각해야 하기 때문에 패터닝된 감광막의 두께가 충분히 높거나 또는 식각 공정에서 감광막에 대한 층간절연막(IMD) 물질의 식각 선택비를 충분히 높여야만 공정 진행이 가능해지는 문제점이 있었다. 또한, 트렌치 마스크 패터닝 공정에서 기 형성된 비아 홀 내부에 잔존하는 감광 물질이 잘 제거되지 않을 뿐만 아니라 트렌치 식각 공정에서 발생하는 마이크로-트렌치(Micro-Trench) 현상도 공정 진행을 어렵게 만드는 한 요인이 된다.This method is relatively simple and does not cause a problem of increasing the dielectric constant of the entire interlayer insulating film (IMD) due to the stopping layer. However, since the via hole needs to be deeply etched, the patterned photoresist may have a sufficiently high thickness or a sufficiently high etch selectivity of the interlayer dielectric (IMD) material to the photoresist in the etching process. In addition, the photoresist remaining inside the via hole formed in the trench mask patterning process may not be removed well, and a micro-trench phenomenon generated in the trench etching process may also make the process difficult.
도 3a 내지 도 3d는 이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 또다른 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating another method for forming dual damascene etching of a semiconductor device according to the related art to solve such a problem.
먼저, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 듀얼 다마신 방식에 의해 하부 금속 배선(52)이 형성된 반도체 기판(50) 위에 확산 방지막(54), 저 유전상수(Low-k) 제 1 층간절연막(56), 스토핑 레이어(58), 저 유전상수(Low-k) 제 2 층간절연막(60)을 증착 시킨다. 그 위에 감광막(62)을 도포하고 상부 금속 배선 영역을 음각으로 패터닝(63a)한 후, 플라즈마 건식각을 실시하여 트렌치(63b)를 만든다.First, as shown in FIGS. 3A to 3B, the diffusion barrier layer 54 and the low dielectric constant (Low-k) first interlayer on the semiconductor substrate 50 on which the lower metal wiring 52 is formed by the dual damascene method. An insulating film 56, a stopping layer 58, and a low dielectric constant (Low-k) second interlayer insulating film 60 are deposited. The photoresist film 62 is applied thereon, and the upper metal wiring region is negatively patterned 63a, followed by plasma dry etching to form the trench 63b.
그 다음, 도 3c 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 다시 감광막(64)을 도포한 후에 비아 홀을 음각 방식으로 패터닝(63c)한 후 식각을 진행하면 비아 홀 및 상부 금속 배선으로 된 듀얼 다마신 패턴(63d)을 얻을 수 있다. 이러한 방식은 트렌치 및 비아 홀 깊이와 프로파일을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.Next, as shown in FIGS. 3C to 3D, after the photoresist 64 is applied again, the via holes are intaglio patterned 63c and then etched, thereby performing dual damascene with the via holes and the upper metal wiring. The pattern 63d can be obtained. This approach has the advantage that the trench and via hole depth and profile can be easily adjusted.
그러나, 비아 마스크를 패터닝할 때 비아 홀의 크기를 정확하게 조절하기 어렵고 스토핑 레이어에 의한 층간 절연막 전체의 유전상수가 증가하는 문제점이 있었다.However, when the via mask is patterned, it is difficult to accurately control the size of the via hole, and the dielectric constant of the entire interlayer insulating layer due to the stopping layer is increased.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명은 다마신 방식으로 기 형성된 하부-금속 배선 위에 확산 방지막, 저유전상수(Low-k) 층간절연막(IMD)을 증착 시킨 후에 그 위에 산화막 하드 마스크(Oxide-Hard-Mask)와 이중 메탈 하드 마스크(Metal-Hard-Mask)로 구성된 복합 하드 마스크를 만든 후 두 가지 서로 다른 종류의 플라즈마를 이용하여 선택적으로 식각을 진행함으로써, 내부접속 금속(Interconect Metal)을 형성할 수 있는 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and the present invention is to deposit a diffusion barrier, low dielectric constant (Low-k) interlayer insulating film (IMD) on the pre-formed lower-metal wiring in a damascene manner, and then an oxide film thereon. After making a composite hard mask composed of a hard mask (Oxide-Hard-Mask) and a double metal hard mask (Metal-Hard-Mask), by selectively etching using two different types of plasma, the internal connection metal ( An object of the present invention is to provide a dual damascene etching method of a semiconductor device capable of forming interconect metals).
또한, 본 발명은 감광막의 두께를 최소화 하여 기존의 공정 방식에 비해 미세한 패터닝을 쉽게 구현할 수 있는 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a dual damascene etching method of a semiconductor device that can easily implement a fine patterning compared to the conventional process method by minimizing the thickness of the photosensitive film.
또한, 본 발명은 금속 폴리머(Metallic Polymer)의 발생을 최소화 시킬 수 있는 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a dual damascene etching method of a semiconductor device capable of minimizing the generation of a metallic polymer.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for forming dual damascene etching of a semiconductor device according to the related art.
도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 다른 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도2A to 2D are cross-sectional views illustrating another dual damascene etching method of a semiconductor device according to the related art.
도 3a 내지 도 3d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 또다른 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도3A to 3D are cross-sectional views illustrating another dual damascene etching method of a semiconductor device according to the related art.
도 4a 내지 도 4j는 본 발명에 의한 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도4A to 4J are cross-sectional views illustrating a method for forming dual damascene etching of a semiconductor device according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100 : 반도체 기판102 : 하부 금속 배선100 semiconductor substrate 102 lower metal wiring
104 : 확산 방지막106 : 저 유전상수 층간절연막104: diffusion barrier 106: low dielectric constant interlayer insulating film
108 : 금속 하드 마스크110 : 감광막108: metal hard mask 110: photosensitive film
112 : 텅스텐 하드 마스크114 : 감광막112: tungsten hard mask 114: photosensitive film
116 : 산화막 하드 마스크116: oxide hard mask
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법은,Dual damascene etching method of the semiconductor device according to the present invention for achieving the above object,
다마신 공정에 의해 하부 금속 배선이 형성된 반도체 기판 위에 확산 방지막, 저 유전상수 층간절연막, 금속 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계와,Sequentially forming a diffusion barrier film, a low dielectric constant interlayer insulating film, and a metal hard mask on the semiconductor substrate on which the lower metal wiring is formed by a damascene process;
상기 금속 하드 마스크 위에 제 1 감광막을 도포한 후 비아 홀을 형성할 영역에 제 1 감광막을 패터닝하는 단계와,Applying a first photoresist film on the metal hard mask and patterning the first photoresist film in a region where a via hole is to be formed;
상기 패터닝된 제 1 감광막에 의해 상기 금속 하드 마스크만을 제 1 식각하는 단계와,First etching only the metal hard mask by the patterned first photoresist;
상기 결과물 위에 텅스텐 하드 마스크를 얇게 증착 시킨 후에 상기 금속 하드 마스크가 외부에 노출되도록 화학적기계적연마 공정으로 평탄화하는 단계와,Depositing a thin layer of tungsten hard mask on the resultant and then planarizing it by a chemical mechanical polishing process to expose the metal hard mask to the outside;
상기 결과물 위에 제 2 감광막을 얇게 도포 시킨 후 상부 금속 배선영역을 패터닝하는 단계와,Patterning the upper metal wiring region after applying a thin layer of the second photosensitive film on the resultant,
상부 금속 배선영역을 제외한 나머지 부분의 상기 금속 하드 마스크만 제 2 식각하는 단계와,Second etching only the metal hard mask of the remaining portion except for the upper metal wiring region;
상기 결과물 위에 산화막 하드 마스크를 얇게 증착 시킨 후에 상기 금속 하드 마스크가 외부에 노출되도록 화학적기계적연마 공정을 이용하여 평탄화하는 단계와,After depositing a thin film of an oxide hard mask on the resultant, planarization using a chemical mechanical polishing process to expose the metal hard mask to the outside;
상기 텅스텐 하드 마스크만을 제 3 식각하여 비아 홀 영역에 해당하는 부위의 상기 층간절연막이 외부에 노출시키는 단계와,Exposing only the tungsten hard mask to the outside by exposing the interlayer dielectric layer in a region corresponding to the via hole region to the outside;
상기 층간절연막을 제 4 식각하여 비아 홀을 형성하는 단계와,Etching the interlayer dielectric layer to form a via hole;
상기 금속 하드 마스크만을 제 5 식각하여 제거하는 단계와,Etching and removing only the metal hard mask by a fifth etch;
상기 층간절연막을 제 6 식각하여 비아 홀 및 상부 금속 배선용 트렌치를 동시에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And etching the interlayer insulating layer to form a via hole and an upper metal wiring trench simultaneously.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.In addition, in all the drawings for demonstrating an embodiment, the thing with the same function uses the same code | symbol, and the repeated description is abbreviate | omitted.
도 4a 내지 도 4j는 본 발명에 의한 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.4A to 4J are cross-sectional views illustrating a method for forming dual damascene etching of a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 도 4a를 참조하면, 하부 금속 배선(Sub-Metal-Line; 102)이 형성된 반도체 기판(100) 위에 확산 방지막(104), 저 유전상수(Low-k) 층간절연막(IMD; 106), 금속 하드 마스크(Metal Hard Mask; 108)를 증착시킨다. 이때, 금속 하드 마스크(108)는 Cl2+ BCl3+ N2가스를 활성화 시킨 플라즈마에 의해 잘 식각 되는 물질(예; Ti, TiN, Ta, TaN 등)로 선택한다.First, referring to FIG. 4A, a diffusion barrier layer 104, a low dielectric constant (Low-k) interlayer dielectric layer (IMD) 106, are formed on a semiconductor substrate 100 on which a lower metal line (Sub-Metal-Line) 102 is formed. A metal hard mask 108 is deposited. At this time, the metal hard mask 108 is selected as a material (eg, Ti, TiN, Ta, TaN, etc.) that is well etched by the plasma activated Cl 2 + BCl 3 + N 2 gas.
그 위에 감광막(110)을 도포하되, 감광막(110)은 맨 위층에 증착된 금속 하드 마스크(108)만 충분히 식각할 수 있을 정도의 두께로 낮게 도포 시킨다.The photosensitive film 110 is applied thereon, but the photosensitive film 110 is applied to a thickness such that only the metal hard mask 108 deposited on the top layer can be sufficiently etched.
감광막(110)의 도포가 완료되면 비아 홀 영역에 감광막을 패터닝(111a) 한다. 이와 같이 감광막의 두께를 낮게 도포하면 미세한 패터닝이 용이할 뿐 아니라 패턴의 임계 치수(Critical Dimension)도 정확하게 구현된다. 감광막에 대한 패터닝을 실시할 때, 웨이퍼는 굴곡이 전혀 없는 평평한 상태인데, 이러한 상태 역시 미세 패터닝 및 임계 치수(Critical Dimension)의 조정을 용이하게 만든다.When the application of the photoresist film 110 is completed, the photoresist film is patterned 111a in the via hole region. In this way, when the thickness of the photoresist film is applied low, fine patterning is easy and the critical dimension of the pattern is accurately realized. When patterning the photoresist, the wafer is in a flat state with no bending, which also facilitates fine patterning and adjustment of critical dimensions.
그 다음, 도 4b를 참조하면, Cl2+ BCl3+ N2가스를 활성화 시킨 플라즈마를 이용하여 맨 위층에 증착된 금속 하드 마스크(108)만 식각한다. 이 때, 상부 금속 배선 영역에 존재하는 금속 하드 마스크(108)는 기 패터닝된 감광막에 의해 보호되기 때문에 얇은 금속-배선의 형태로 남아 있게 된다(108').Next, referring to FIG. 4B, only the metal hard mask 108 deposited on the top layer is etched using a plasma activated with Cl 2 + BCl 3 + N 2 gas. At this time, the metal hard mask 108 existing in the upper metal wiring region remains in the form of a thin metal wiring because it is protected by a pre-patterned photoresist film 108 '.
그 다음, 도 4c를 참조하면, 도 4b의 구조물 위에 텅스텐(W) 하드 마스크(112)를 얇게 증착 시킨 후에 상기 금속 하드 마스크(108')가 외부에 노출되도록 화학적기계적평탄화(Chemical-Mechanical-Polishing; CMP) 방식을 이용하여 평탄화 시킨다.Next, referring to FIG. 4C, after a thin deposition of the tungsten (W) hard mask 112 on the structure of FIG. 4B, the chemical-mechanical-polling is performed so that the metal hard mask 108 ′ is exposed to the outside. CMP) planarization.
그 다음, 도 4d를 참조하면, 감광막(114)을 다시 얇게 도포 시킨 후 상부 금속 배선(top metal line)영역을 패터닝(114') 한다. 이 때에도 역시 감광막(114)은 맨 위층에 증착된 상기 금속 하드 마스크(108')만 충분히 식각할 수 있을 정도의 두께로 낮게 도포 시킨다. 트렌치에 대한 패터닝 역시 표면 굴곡이 전혀 없는 상태에서 패터닝이 이루어지기 때문에 미세 패터닝이 용이하다.Next, referring to FIG. 4D, the photoresist film 114 is thinly coated and then the top metal line region is patterned 114 ′. In this case, the photoresist layer 114 is applied to a thickness low enough to etch only the metal hard mask 108 ′ deposited on the top layer. Patterning of the trenches is also easy because fine patterning occurs with no surface curvature.
그 다음, 도 4e를 참조하면, Cl2+ BCl3+ N2가스를 활성화 시킨 플라즈마를 이용하여 상부 금속 배선(top metal line) 영역을 제외한 나머지 부분의 금속 하드 마스크(108")만 식각한다.Next, referring to FIG. 4E, only the metal hard mask 108 ″ of the remaining portion except for the top metal line region is etched using the plasma activated with Cl 2 + BCl 3 + N 2 gas.
그 다음, 도 4f를 참조하면, 도 4e의 구조물 위에 산화막 하드 마스크(116)를 얇게 증착 시킨 후에 화학적-기계적-평탄화(CMP) 방식을 이용하여 평탄화 시키되, 도 4b와 도 4e 공정에서 형성시킨 상기 금속 하드 마스크(108")가 외부에 노출되도록 한다.Next, referring to FIG. 4F, the oxide hard mask 116 is thinly deposited on the structure of FIG. 4E, and then planarized using a chemical-mechanical-planarization (CMP) method, which is formed in FIGS. 4B and 4E. The metal hard mask 108 ″ is exposed to the outside.
그 다음, 도 4g를 참조하면, SF6+ Ar 가스를 활성화 시킨 플라즈마를 이용하여 바이어스 전원을 낮게 하여 상부 금속 하드 마스크(108")와의 선택비를 높여 식각을 진행 시켜 텅스텐 금속 하드 마스크(112)만 식각 시킨다. 이와 같이 하면, 비아 홀 영역에 해당되는 부위의 저 유전상수(Low-k) 층간절연막 물질만 외부에 노출 된다.Next, referring to FIG. 4G, the bias power is lowered using a plasma activated with SF 6 + Ar gas to increase the selectivity with the upper metal hard mask 108 ″ to perform etching, thereby tungsten metal hard mask 112. Only the low dielectric constant (Low-k) interlayer dielectric material in the region corresponding to the via hole region is exposed to the outside.
그 다음, 도 4h를 참조하면, CaFb+ CxHyFz+ Ar(a,b,x,y,z : 정수) 등을 활성화 시킨 플라즈마를 이용하여 저 유전상수(Low-k) 층간절연막(106') 물질을 식각한다. 이때, CaFb+ CxHyFz+ Ar(a,b,x,y,z : 정수)의 가스 콤비네이션(Gas Combination)과 플라즈마 엑티베이션 파라메타(Plasma Activation Parameter)를 적당히 조절하여 산화막 하드 마스크에 대한 저 유전상수 층간절연막(106')의 선택비와 금속 하드 마스크(108")에 대한 저 유전상수 층간절연막의 선택비가 충분히 클 수 있도록 플라즈마 분위기를 조성한다.Next, referring to FIG. 4H, a low dielectric constant (Low-k) using a plasma activated with C a F b + C x H y F z + Ar (a, b, x, y, z: integer) and the like ) The interlayer insulating film 106 'material is etched. At this time, the oxide film is controlled by appropriately adjusting the gas combination and plasma activation parameters of C a F b + C x H y F z + Ar (a, b, x, y, z: integer). The plasma atmosphere is formed so that the selectivity of the low dielectric constant interlayer insulating film 106 'with respect to the hard mask and the selectivity of the low dielectric constant interlayer insulating film with respect to the metal hard mask 108 "are sufficiently large.
그 다음, 도 4i를 참조하면, Cl2+ BCl3+ N2가스를 활성화 시킨 플라즈마를 이용하여 식각을 진행 시켜 남이 있던 상기 금속 하드 마스크(108")를 제거한다. 이 때, 플라즈마 엑티베이션 파라메터들 중에 활성화된 플라즈마 구성체(래디컬; Radical)들을 아래로 가속 시키는 역할을 담당하는 바이어스 전원을 가능한 낮게 설정한다. 이와 같이, 바이어스 전원을 낮게 적용하면, 대부분의 조건 하에서 Cl2+ BCl3+ N2가스를 활성화 시킨 플라즈마는 산화성 물질에 대한 식각비가 매우 낮기 때문에 산화막 하드 마스크(116)와 저 유전상수 층간절연막(106') 물질은 거의 식각 되지 않는다.Next, referring to FIG. 4I, etching is performed using a plasma activated with Cl 2 + BCl 3 + N 2 gas to remove the remaining metal hard mask 108 ″. At this time, the plasma activation parameter is removed. In this case, the bias power supply, which is responsible for accelerating the activated plasma components (radicals) down, is set as low as possible, such that when the bias power is applied low, Cl 2 + BCl 3 + N 2 under most conditions. Since the plasma that activates the gas has a very low etching ratio to the oxidizing material, the oxide hard mask 116 and the low dielectric constant interlayer insulating film 106 'material are hardly etched.
그 다음, 도 4i를 참조하면, 다시 CaFb+ CxHyFz+ Ar(a,b,x,y,z : 정수) 등을 활성화 시킨 플라즈마를 이용하여 저 유전상수(Low-k) 층간절연막(106") 물질을 식각하면 비아 홀 및 상부 금속 배선용 트렌치가 동시에 형성된 듀얼 다마신 패턴(118c)을 만들 수 있다.Next, referring to FIG. 4I, a low dielectric constant (Low −) using plasma in which C a F b + C x H y F z + Ar (a, b, x, y, z: integer) is activated again. k) By etching the interlayer insulating film 106 " material, a dual damascene pattern 118c in which a via hole and an upper metal wiring trench are simultaneously formed can be formed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자의 듀얼 다마신 식각 형성 방법은 반도체 칩(Silicon Device) 제조 공정 중에서 저 유전상수(Low-k) 층간절연막(IMD; Inter Metallic Dielectric) 물질에 대한 이중 다마신 식각 방식으로 다층 금속 배선(Multi Layer Meallization)을 형성하는데 응용할 수 있다. 특히, 본 발명에서 제시하는 공정 방식을 채용하면 기존의 공정 방식에 비해 패터닝 하는 감광막의 두께를 크게 낮출 수 있기 때문에 미세 패턴을 쉽게 구현 할 수 있다.As described above, the method for forming a dual damascene etch of a semiconductor device according to the present invention is a double layer for a low-k interlayer dielectric film (IMD) material during a semiconductor device manufacturing process. It can be applied to form a multi-layer metallization (Multi Layer Meallization) by the damascene etching method. In particular, by adopting the process method proposed in the present invention, since the thickness of the patterned photosensitive film can be significantly lowered compared to the existing process method, it is possible to easily implement a fine pattern.
또한, 본 발명에서 제시하는 공정 방식을 채용하면 기존의 공정 방식에 배해 패터닝 하는 감광막의 두께를 크게 낮출 수 있기 때문에 비아 홀 또는 트렌치의 크기, 특히 임계 치수를 정확하게 조정할 수 있는 장점이 있다.In addition, by employing the process method proposed in the present invention, since the thickness of the photoresist film patterned based on the conventional process method can be greatly reduced, there is an advantage in that the size of the via hole or the trench, particularly the critical dimension, can be precisely adjusted.
또한, 본 발명에서 제시하는 공정 방식을 채용하면 감광막에 대한 모든 패터닝이 완벽한 평판 위에서 이루어지기 때문에 미세 패턴 구현 및 임계 치수의 조정을 용이하게 할 수 있다.In addition, by adopting the process method proposed in the present invention, since all patterning of the photoresist is performed on a perfect flat plate, it is possible to facilitate fine pattern implementation and adjustment of critical dimensions.
본 발명에서 제시하는 공정 방식을 채용하면 유전 상수가 높은 스토핑 레이어를 사용할 필요가 없다. 따라서 층간절연막 전체적으로 유전 상수가 낮아지기 때문에 RC 딜레이에 의한 반도체 칩의 성능 저하를 막을 수 있다.By adopting the process method proposed in the present invention, there is no need to use a high dielectric constant stopping layer. Therefore, since the dielectric constant of the entire interlayer insulating film is lowered, the performance degradation of the semiconductor chip due to the RC delay can be prevented.
본 발명에서 제시하는 공정 방식에 의하면 감광막이 전혀 없는 상태에서 저 유전상수 층간절연막에 대한 식각이 이루어지기 때문에 금속 폴리머가 상대적으로 작게 발생한다. 따라서 식각 완료 후 금속 폴리머를 제거하는 것이 기존의 공정 방식에 비해 용이하다.According to the process method proposed in the present invention, since the low dielectric constant interlayer insulating film is etched in the absence of the photosensitive film, the metal polymer is relatively small. Therefore, it is easier to remove the metal polymer after the etching is completed than the conventional process method.
본 발명에서 제시하는 공정 방식에 의하면 금속 라인을 패터닝할 때, 양각형태로 패터닝하여 결과적으로 음각 형태의 금속 라인을 만든다. 이는 다시 말하자면, 다마신용 레티클(reticle)이 아닌 일반 레티클을 이용하여 다마신 패턴을 구현할 수 있음을 의미한다. 로직 파운더리(Logic Foundary), COT 비지니스(business)의 경우, 코스토머(customer)의 필요에 의해 몇 가지 옵션 공정(Optional process)을 요구하는 경우가 있는데, 본 발명에서 제시한 방법을 채용할 경우 다마신, 비 다마신 공정을 동일한 레티클로 구현할 수 있다. 따라서, 동일한 레티클 제작 비용을 절약할 수 있다.According to the process method proposed in the present invention, when the metal line is patterned, it is patterned in an embossed form, resulting in an intaglio metal line. In other words, it means that the damascene pattern can be implemented using a general reticle rather than a reticle for damascene. In the case of Logic Foundary and COT business, some optional processes may be required due to the needs of the customer. The damascene and non damascene processes can be implemented with the same reticle. Therefore, the same reticle manufacturing cost can be saved.
또한, 본 발명에서 제시하는 공정 방식에 의하면 폴리머가 적게 발생됨으로써 크리닝(cleaning)에 유리하므로 내부 접속 결함(inter connect fail)에 의한 수율(yield)에 미치는 영향이 작다.In addition, according to the process method proposed in the present invention, since less polymer is generated, it is advantageous for cleaning, and thus the effect on yield due to inter connect fail is small.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes should be seen as belonging to the following claims. something to do.
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KR1020020022122A KR20030083446A (en) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Method of making dual damascene for semiconductor device |
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KR100776165B1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-11-12 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | The manufacturing method for semiconductor device having dual damascene structure |
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2002
- 2002-04-23 KR KR1020020022122A patent/KR20030083446A/en not_active Application Discontinuation
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