KR20050007004A - Method for forming metal interconnection layer of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for forming a metal interconnection layer is provided to control a pattern defect caused by a thickness difference of photoresist by forming a partial via hole while forming a photoresist layer or a buried material layer in the via hole. CONSTITUTION: The first stopper layer is formed on a semiconductor substrate(400) having the first conductive layer(402). An interlayer dielectric is formed on the first stopper layer(404). A hard mask layer functioning as an ARC(anti-reflective costing) is formed on the interlayer dielectric. The first photoresist pattern is formed on the hard mask layer to define a via hole(412) connected to the first conductive layer. The hard mask layer and the interlayer dielectric are partially etched to form a partial via hole. The remaining first photoresist pattern is removed. A photoresist layer is formed. The photoresist layer is left in the partial via hole while the second photoresist pattern for defining a trench interconnection region that at least partially overlaps the partial via hole is formed. The hard mask layer is etched to form a hard mask layer pattern. The remaining second photoresist pattern is removed. The interlayer dielectric is partially etched to form the trench interconnection region and a full via hole to which the partial via hole is extended. The first stopper layer exposed to the lower part of the full via hole is eliminated. The full via hole and the trench interconnection region are filled with the second conductive layer.

Description

반도체 소자의 금속배선층 형성방법{Method for forming metal interconnection layer of semiconductor device}Method for forming metal interconnection layer of semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 듀얼 다마신(dual damascene) 공정에 의한 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 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 wiring of a semiconductor device by a dual damascene process.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 다층 배선 구조를 가지는 금속 배선층이 필요하게 되고, 또한 금속 배선 사이의 간격이 점차 좁아지게 되었다. 이에 따라, 동일층상에서 서로 인접한 금속 배선층 사이 또는 상하로 인접한 각 배선층 사이에 존재하는 기생 저항(R) 및 커패시턴스(C) 성분들이 가장 중요한 문제로 되었다.As the integration degree of a semiconductor element increases, the metal wiring layer which has a multilayer wiring structure becomes necessary, and the space | interval between metal wiring becomes narrow gradually. Accordingly, parasitic resistance (R) and capacitance (C) components existing between metal wiring layers adjacent to each other on the same layer or between each wiring layer adjacent to each other up and down have become the most important problems.

금속 배선 시스템에서 기생 저항 및 커패시턴스 성분들은 RC에 의해 유도되는 지연(delay)에 의하여 소자의 전기적 성능을 열화시킨다. 또한, 배선층간에 존재하는 기생 저항 및 커패시턴스 성분들은 칩의 총 전력 소모량을 증가시키고 신호 누설량을 증가시킨다. 따라서, 초고집적 반도체 소자에 있어서 RC가 작은 다층 배선 기술을 개발하는 것이 매우 중요한 문제이다.In metallization systems, parasitic resistance and capacitance components degrade the device's electrical performance by delay induced by RC. In addition, parasitic resistance and capacitance components present between the wiring layers increase the total power consumption of the chip and increase the signal leakage. Therefore, it is very important to develop a multi-layered wiring technology with a small RC in an ultra-high density semiconductor device.

RC가 작은 고성능의 다층 배선 구조를 형성하기 위하여는 비저항이 낮은 금속을 사용하여 배선층을 형성하거나 유전율이 낮은 절연막을 사용할 필요가 있다. 금속 배선층에서의 저항을 낮추기 위하여, 금속 배선층을 형성하는 금속 재료로서 비저항이 낮은 금속, 예를 들면 구리를 사용하는 연구가 현재 활발하게 진행되고있다. 구리 배선은 사진 식각 기술에 의하여 직접 패터닝하여 얻기는 어렵다. 따라서, 구리 배선을 형성하기 위하여 듀얼 다마신 공정을 주로 이용하고 있다.In order to form a high performance multilayer wiring structure with small RC, it is necessary to form a wiring layer using a metal having a low resistivity or to use an insulating film having a low dielectric constant. In order to reduce the resistance in a metal wiring layer, the research which uses the metal with low specific resistance, for example, copper as a metal material which forms a metal wiring layer, is currently active actively. Copper wiring is difficult to obtain by direct patterning by photolithography. Therefore, the dual damascene process is mainly used to form copper wiring.

도 1 내지 도 3은 종래의 일 예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings of a semiconductor device according to a conventional example in a process sequence.

도 1을 참조하면, 소정의 제1 도전층(102)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1 스토퍼층(104), 제1 층간절연층(105), 제2 스토퍼층(106), 제2 층간절연층(107)을 차례로 형성한다. 이어서 포토리소그라피 공정에 의해 상기 제2 층간절연층(107), 제2 스토퍼층(106), 제1 층간절연층(105)을 차례로 식각하여 제1 폭(W1)을 갖는 풀 비아홀(full via hole,112)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a first stopper layer 104, a first interlayer insulating layer 105, a second stopper layer 106, and a first stopper layer 104 are formed on a semiconductor substrate 100 on which a predetermined first conductive layer 102 is formed. Two interlayer insulating layers 107 are formed in sequence. Subsequently, the second interlayer insulating layer 107, the second stopper layer 106, and the first interlayer insulating layer 105 are sequentially etched by a photolithography process to obtain a full via hole having a first width W1. , 112).

이어서, 풀 비아홀(112)이 형성되어 있는 반도체기판(100)의 전체 표면상에 포토레지스트층을 형성한 후 노광 및 현상하여 상기 제1 폭(W1)보다 큰 제2 폭(W2)을 가지며, 상기 풀 비아홀(112)과 중첩되는 제2 층간절연층(107)을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴(110)을 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트층은 상기 풀 비아홀(112)에 일부 잔류하게 된다.Subsequently, the photoresist layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 on which the full via holes 112 are formed, and then exposed and developed to have a second width W2 larger than the first width W1. A photoresist pattern 110 is formed to partially expose the second interlayer insulating layer 107 overlapping the full via hole 112. In this case, the photoresist layer partially remains in the full via hole 112.

도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(110)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 스토퍼층(106)의 표면이 노출될 때까지 상기 제2 층간절연층(107)을 건식 식각한다. 상기 식각에 의하여, 제2 층간절연층(107) 내에 제2 폭(W2)을 갖는 트랜치 배선영역(114)이 형성된다. 이때 풀 비아홀(112)내에 포토레지스트층이 잔류하며, 상기 제2 층간절연층(107)이 식각되는 동안에 상기 포토레지스트층도 그 식각선택비에 따라 일부가 식각된다.Referring to FIG. 2, the second interlayer insulating layer 107 is dry-etched using the photoresist pattern 110 as an etching mask until the surface of the second stopper layer 106 is exposed. By etching, a trench wiring region 114 having a second width W2 is formed in the second interlayer insulating layer 107. At this time, the photoresist layer remains in the full via hole 112, and the photoresist layer is partially etched according to the etching selectivity while the second interlayer insulating layer 107 is etched.

도 3을 참조하면, 상기 풀 비아홀(112)내에 잔류하는 포토레지스트층 및 제2 층간절연층(107)상에 잔류하는 포토레지스트 패턴(110)을 통상의 애슁방법에 의해 제거한다. 이어서, 상기 풀 비아홀(112) 바닥에 노출되는 제1 스토퍼층(104)을 제거한 후 상기 풀 비아홀(112) 및 트랜치 배선영역(114)내에 제2 도전층(도시안됨)을 형성함으로써 듀얼 다마신 구조가 완성된다.Referring to FIG. 3, the photoresist layer remaining in the full via hole 112 and the photoresist pattern 110 remaining on the second interlayer insulating layer 107 are removed by a conventional ashing method. Subsequently, after removing the first stopper layer 104 exposed to the bottom of the full via hole 112, a dual damascene is formed by forming a second conductive layer (not shown) in the full via hole 112 and the trench wiring region 114. The structure is complete.

상기 종래 기술에 의하면, 비아홀(112)의 밀도가 지역에 따라 차이가 나기 때문에 트랜치 배선영역(114)을 위한 포토공정시 포토레지스트층의 코팅 두께 차이로 인하여 포토공정시 임계치수(CD) 제어 및 패턴의 프로파일 제어가 어렵고, 비아홀(112)내의 포토레지스트 현상 불량 문제가 발생할 수 있으며, 비아홀(112) 내에 포토레지스트의 현상불량에 의해 포토레지스트층이 잔류함에 따라 후속되는 트랜치 배선영역(114) 식각시 이것이 블록킹 역할을 하여 비아홀(112) 주변을 따라 펜스(116)가 형성된다는 문제점이 있다.According to the prior art, since the density of the via hole 112 varies depending on the region, the control of the critical dimension (CD) during the photo process due to the difference in coating thickness of the photoresist layer during the photo process for the trench wiring region 114 and It is difficult to control the profile of the pattern, and may cause a problem of poor photoresist development in the via hole 112, and subsequent etching of the trench wiring region 114 as the photoresist layer remains due to the poor development of the photoresist in the via hole 112. In this case, there is a problem in that the fence 116 is formed along the periphery of the via hole 112 by the blocking role.

도 4 내지 도 63은 종래의 다른 예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들로서, 비아홀내에 형성하는 매립물질층을 이용하는 기술을 나타낸다.4 to 63 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings in a semiconductor device according to another conventional example, and showing a technique using a buried material layer formed in a via hole.

도 4을 참조하면, 도 1에서와 같이 소정의 제1 도전층(102)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제1 스토퍼층(104), 제1 층간절연층(105), 제2 층간절연층(107)을 차례로 형성한다. 이어서 포토리소그라피 공정에 의해 상기 제2 층간절연층(107), 제1 층간절연층(105)을 차례로 식각하여 제1 폭(W1)을 갖는 풀 비아홀(full via hole,112)을 형성한다. 이어서 상기 풀 비아홀(112)내에 유기물 또는 무기물로 된매립물질층(116)을 형성한다.Referring to FIG. 4, as shown in FIG. 1, a first stopper layer 104, a first interlayer insulating layer 105, and a second interlayer insulating layer are formed on a semiconductor substrate 100 on which a predetermined first conductive layer 102 is formed. Layers 107 are formed in turn. Subsequently, the second interlayer insulating layer 107 and the first interlayer insulating layer 105 are sequentially etched by a photolithography process to form a full via hole 112 having a first width W1. Subsequently, a buried material layer 116 of organic or inorganic material is formed in the full via hole 112.

이어서, 풀 비아홀(112)이 형성되어 있는 반도체기판(100)의 전체 표면상에 포토레지스트층을 형성한 후 노광 및 현상하여 상기 제1 폭(W1)보다 큰 제2 폭(W2)을 가지며, 상기 풀 비아홀(112)과 중첩되는 제2 층간절연층(107)을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴(110)을 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트층은 상기 풀 비아홀(112)에 일부 잔류하게 된다.Subsequently, the photoresist layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 on which the full via holes 112 are formed, and then exposed and developed to have a second width W2 larger than the first width W1. A photoresist pattern 110 is formed to partially expose the second interlayer insulating layer 107 overlapping the full via hole 112. In this case, the photoresist layer partially remains in the full via hole 112.

도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(110)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 층간절연층(107)의 일부를 식각한다. 상기 식각에 의하여, 제2 층간절연층(107) 내에 제2 폭(W2)을 갖는 트랜치 배선영역(114)이 형성된다. 이때 풀 비아홀(112)내에 포토레지스트층과 매립물질층(116)이 잔류하며, 상기 제2 층간절연층(107)이 식각되는 동안에 상기 포토레지스트층도 그 식각선택비에 따라 일부가 식각된다.Referring to FIG. 5, a portion of the second interlayer insulating layer 107 is etched using the photoresist pattern 110 as an etching mask. By etching, a trench wiring region 114 having a second width W2 is formed in the second interlayer insulating layer 107. At this time, the photoresist layer and the buried material layer 116 remain in the full via hole 112, and the photoresist layer is partially etched according to the etching selectivity while the second interlayer insulating layer 107 is etched.

도 6을 참조하면, 상기 잔류하는 포토레지스트 패턴(110) 제거한 후, 계속하여 상기 풀 비아홀(112)내에 매립물질층(116)을 제거한다. 이어서, 상기 풀 비아홀(112) 바닥에 노출되는 제1 스토퍼층(104)을 제거한 후 상기 풀 비아홀(112) 및 트랜치 배선영역(114)내에 제2 도전층(도시안됨)을 형성함으로써 듀얼 다마신 구조가 완성된다.Referring to FIG. 6, after the remaining photoresist pattern 110 is removed, the buried material layer 116 is subsequently removed in the full via hole 112. Subsequently, after removing the first stopper layer 104 exposed to the bottom of the full via hole 112, a dual damascene is formed by forming a second conductive layer (not shown) in the full via hole 112 and the trench wiring region 114. The structure is complete.

상기 종래 기술에 의하면, 비아홀(112)의 밀도 차이에 의한 포토레지스트층의 코팅 두께 차이 문제를 해결하기 위해 비아홀(112)내에 유기물 또는 무기물을 매립하여 어느 정도 문제를 해결할 수 있으나, 매립물질층이 BARC(Bottom Anti-Reflection Coating) 또는 포토레지스트 등과 같은 유기계 물질인 경우 역시 비아홀(112) 주변을 따라 펜스(116)가 발생하여 제1 도전층(102)과 제2 도전층(도시안됨) 사이의 전기적 연결관계가 불량할 수 있으며, 매립물질층이 HSQ 등과 같은 무기물인 경우에는 이를 제거하기 위한 스트립 공정이 매우 어렵다는 단점이 있다.According to the prior art, in order to solve the problem of the coating thickness of the photoresist layer due to the difference in density of the via hole 112 can be solved to some extent by embedding organic or inorganic material in the via hole 112, the buried material layer In the case of an organic material such as BARC (Bottom Anti-Reflection Coating) or photoresist, a fence 116 is also generated along the periphery of the via hole 112, and thus, between the first conductive layer 102 and the second conductive layer (not shown). The electrical connection may be poor, and when the buried material layer is an inorganic material such as HSQ, there is a disadvantage in that the strip process for removing it is very difficult.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 지역별로 비아홀의 밀도 차이에 기인하여 발생되는 포토레지스트 코팅 두께 차이에 의해 패턴 형성 불량을 억제하면서 비아홀 주변에 발생되는 펜스의 발생을 억제하고, 저유전물질을 사용하는 경우 애슁 데미지를 최소화하며, 식각 내성이 없는 ArF 포토레지스트 등 차세대 포토 공정에 능동적으로 대응할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to solve the problems of the prior art, while preventing the formation of the pattern due to the difference in the thickness of the photoresist coating caused by the difference in the density of the via holes for each region of the fence generated around the via hole The present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device that suppresses generation, minimizes ash damage when using a low dielectric material, and can actively cope with next-generation photo processes such as ArF photoresist without etching resistance.

또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 층간절연층을 식각하여 배선영역 및 비아홀을 형성할 때 스토퍼층이 식각되어 도전층이 외부로 노출됨으로 인해 포토레지스트 패턴 제거 공정에서 도전층의 상부에 금속산화물층이 형성되는 문제를 방지할 수 있고, 애슁 공정에 의한 손상(ashing damage)을 방지할 수 있으며, 또한 포토레지스트 패턴을 형성할 때 파샬 비아홀 내에 포토레지스트가 잔류하여 비아홀이 오픈되지 않는 문제를 해결할 수 있으며, 포토레지스트 패턴의 미스-어라인이 발생하더라도 비아홀의 프로파일 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 제공함에 있다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is that when the interlayer insulating layer is etched to form the wiring region and the via hole, the stopper layer is etched and the conductive layer is exposed to the outside, so that the metal is formed on the upper portion of the conductive layer in the photoresist pattern removing process. It is possible to prevent the problem of forming an oxide layer, to prevent ashing damage caused by the ashing process, and to prevent the via hole from being opened due to the remaining photoresist in the partial via hole when forming the photoresist pattern. The present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device, which can prevent a defective profile of a via hole even if a mis-alignment of a photoresist pattern occurs.

도 1 내지 도 3은 종래의 일 예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings of a semiconductor device according to a conventional example in a process sequence.

도 4 내지 도 6은 종래의 다른 예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings of a semiconductor device according to another conventional example, according to a process sequence.

도 7 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정 순서에 따라 도시한 공정단면도들이다.7 to 14 are process cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in a process sequence.

도 15 내지 도 20은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.15 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings in a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention according to a process sequence.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100, 400 ; 반도체기판 102, 402 ; 제1 도전층100, 400; Semiconductor substrates 102 and 402; First conductive layer

104, 404 ; 제1 스토퍼층 105, 405 ; 제1 층간절연층104, 404; First stopper layers 105 and 405; First interlayer insulating layer

106, 406 ; 제2 스토퍼층 107, 407 ; 제2 층간절연층106, 406; Second stopper layers 107 and 407; Second interlayer insulating layer

408 ; 하드마스크층 110, 410, 416 ; 포토레지스트 패턴408; Hard mask layers 110, 410, 416; Photoresist pattern

112, 412 ; 비아홀 114, 418 ; 트랜치 배선영역112, 412; Via hole 114,418; Trench wiring area

420 ; 제2 도전층420; Second conductive layer

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 형태에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은, 표면에 제1 도전층이 형성된 반도체기판 상에 제1 스토퍼층을 형성하는 단계; 상기 제1 스토퍼층 상에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층 상에 반사방지막 역할을 수행할 수 있는 하드마스크층을 형성하는 단계; 상기 하드마스크층 상에 상기 반도체기판상의 상기 제1 도전층과 연결되는 비아홀을 정의하는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층 및 상기 층간절연층을 일부 식각하여 파셜 비아홀을 형성하는 단계; 상기 파셜 비아홀을 포함한 상기 반도체기판의 전면에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 파셜 비아홀내에 상기 포토레지스트층을 잔류시키면서, 상기 파셜 비아홀과 적어도 일부가 중첩되는 트랜치 배선영역을 정의하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크층 패턴을 형성하는 단계; 잔류하는 상기 제2 포토레지스트 패턴 및 상기 파셜 비아홀내의 포토레지스트층을 제거하는 단계; 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 하여 상기 층간절연막을 일부 식각하여 트랜치 배선영역 및 상기 파셜 비아홀이 연장되는 풀 비아홀을 형성하는 단계; 상기 풀 비아홀 하부에 노출되는 상기 제1 스토퍼층을 제거하는 단계; 및 상기 풀 비아홀 및 트랜치 배선영역내에 제2 도전층을 매립하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a metal wiring of a semiconductor device, the method including: forming a first stopper layer on a semiconductor substrate having a first conductive layer formed on a surface thereof; Forming an interlayer insulating layer on the first stopper layer; Forming a hard mask layer on the interlayer insulating layer to serve as an anti-reflection film; Forming a first photoresist pattern on the hard mask layer to define a via hole connected to the first conductive layer on the semiconductor substrate; Forming a partial via hole by partially etching the hard mask layer and the interlayer insulating layer using the first photoresist pattern as an etching mask; Forming a photoresist layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the partial via hole; Forming a second photoresist pattern defining a trench wiring region in which at least a portion of the photoresist layer overlaps with the photoresist layer in the partial via hole; Etching the hard mask layer by using the second photoresist pattern as an etching mask to form a hard mask layer pattern; Removing the remaining second photoresist pattern and the photoresist layer in the partial via hole; Partially etching the interlayer insulating layer using the hard mask layer pattern as an etch mask to form a full via hole in which a trench wiring region and the partial via hole extend; Removing the first stopper layer exposed under the full via hole; And filling a second conductive layer in the full via hole and trench wiring region.

한편, 상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 형태에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은, 표면에 제1 도전층이 형성된 반도체기판상에 제1 스토퍼층을 형성하는 단계; 상기 제1 스토퍼층 상에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 층간절연층 상에 반사방지막 역할을 수행할 수 있는 하드마스크층을 형성하는 단계; 상기 하드마스크층 상에 상기 반도체기판상의 상기 제1 도전층과 연결되는 비아홀을 정의하는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층 및 상기 층간절연층을 일부 식각하여 파셜 비아홀을 형성하는 단계; 상기 파셜 비아홀을 매립하는 매립물질층을 형성하는 단계; 상기 반도체기판의 전면에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 파셜 비아홀과 적어도 일부가 중첩되는 트랜치 배선영역을 정의하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크층 패턴을 형성하는 단계; 잔류하는 상기 제2 포토레지스트 패턴 및 상기 파셜 비아홀내의 매립물질층을 제거하는 단계; 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 하여 상기 층간절연막을 일부 식각하여 트랜치 배선영역 및 상기 파셜 비아홀이 연장되는 풀 비아홀을 형성하는 단계; 상기 풀 비아홀 하부에 노출되는 상기 제1 스토퍼층을 제거하는 단계; 및 상기 풀 비아홀 및 트랜치 배선영역내에 제2 도전층을 매립하는 단계를 포함한다.On the other hand, the metal wiring forming method of the semiconductor device according to the second aspect of the present invention for achieving the technical problem of the present invention, forming a first stopper layer on a semiconductor substrate having a first conductive layer on the surface; Forming an interlayer insulating layer on the first stopper layer; Forming a hard mask layer on the interlayer insulating layer to serve as an anti-reflection film; Forming a first photoresist pattern on the hard mask layer to define a via hole connected to the first conductive layer on the semiconductor substrate; Forming a partial via hole by partially etching the hard mask layer and the interlayer insulating layer using the first photoresist pattern as an etching mask; Forming a buried material layer filling the partial via hole; Forming a photoresist layer on the entire surface of the semiconductor substrate; Forming a second photoresist pattern defining a trench wiring region at least partially overlapping the partial via hole; Etching the hard mask layer by using the second photoresist pattern as an etching mask to form a hard mask layer pattern; Removing the remaining second photoresist pattern and the buried material layer in the partial via hole; Partially etching the interlayer insulating layer using the hard mask layer pattern as an etch mask to form a full via hole in which a trench wiring region and the partial via hole extend; Removing the first stopper layer exposed under the full via hole; And filling a second conductive layer in the full via hole and trench wiring region.

상기 본 발명의 제1 형태 및 제2 형태에서, 상기 층간절연층은 동일한 또는 서로 다른 물질로 된 제1 층간절연층 및 제2 층간절연층을 포함할 수 있으며, 상기 제1 층간절연층과 상기 제2 층간절연층 사이에 제2 스토퍼층을 더 포함할 수도 있다.In the first and second aspects of the present invention, the interlayer insulating layer may include a first interlayer insulating layer and a second interlayer insulating layer made of the same or different materials, and the first interlayer insulating layer and the A second stopper layer may be further included between the second interlayer insulating layers.

또한, 상기 제1 스토퍼층 및/또는 상기 제2 스토퍼층은 상기 층간절연층에대하여 식각선택비를 갖는 탄화물계 절연물 또는 질화물계 절연물, 바람직하게는 SiC, SiCN, BN, SiN 중의 어느 하나로 형성할 수 있다.The first stopper layer and / or the second stopper layer may be formed of a carbide-based insulator or a nitride-based insulator having an etching selectivity with respect to the interlayer insulating layer, preferably SiC, SiCN, BN, or SiN. Can be.

또한, 상기 제1 층간절연층 및/또는 제2 층간절연층은 산화물, 바람직하게는 유기계 산화물 또는 무기계 산화물로 형성할 수 있으며, 보다 바람직하게는 SiOC막, 다공성 SiO2막, PSG(phosphorous silicate glass)막, BPSG(boron phosphorous silicate glass)막, USG(undoped silicate glass)막, FSG(fluorine doped silicate glass)막, HDP(high density plasma)막, PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate)막 또는 SOG(spin on glass)막으로 형성할 수 있다. 한편, 상기 하드마스크층은 후속되는 포토리소그라피 공정에서 추가적인 반사방지층 형성공정 없이 반사방지층의 역할을 동시에 수행할 수 있는 물질층으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 SiCN를 포함하는 카본나이트라이드계 절연물, SiON을 포함하는 옥시나이트라이드계 절연물, SiCON을 포함하는 카본옥시나이트라이드계 절연물, AlN, TaN, TiN을 포함하는 금속질화물, AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물중의 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합물질로 형성할 수 있다.In addition, the first interlayer insulating layer and / or the second interlayer insulating layer may be formed of an oxide, preferably an organic oxide or an inorganic oxide, and more preferably, an SiOC film, a porous SiO 2 film, or phosphorous silicate glass. Film, BPSG (boron phosphorous silicate glass) film, USG (undoped silicate glass) film, FSG (fluorine doped silicate glass) film, HDP (high density plasma) film, plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate (PE-TEOS) film Alternatively, it may be formed of a spin on glass (SOG) film. On the other hand, the hard mask layer may be formed of a material layer that can simultaneously perform the role of the anti-reflection layer without additional anti-reflection layer forming process in the subsequent photolithography process, preferably a carbon nitride-based insulator including SiCN, Any one of oxynitride-based insulators including SiON, carbonoxynitride-based insulators including SiCON, metal nitrides including AlN, TaN, TiN, metal oxides including AlO, TaO, TiO, or these It can be formed from a combination of.

본 발명의 제1 형태에서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각과 동시에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 포토레지스트층이 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 동시에 식각될 수 있으며, 바람직하게는 상기 하드마스크층의 식각시 상기 포토레지스트층과의 식각선택비가 2:1 미만이 되도록 CF4, CH2F2, CHF3, CH3F, NF3, SF6을 포함한 플루오르 함유가스를 사용하여 식각하는 단계를 포함할 수 있다.In the first aspect of the present invention, in the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etch mask, a photoresist layer remaining in the partial via hole at the same time as the etching of the hard mask layer is performed. It may be simultaneously etched up to the bottom of the layer, preferably CF 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , CH 3 F such that the etching selectivity with the photoresist layer is less than 2: 1 when the hard mask layer is etched. And etching using a fluorine-containing gas including NF 3 and SF 6 .

또한, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각하기 전에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 포토레지스트층을 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 식각하는 단계를 산소 함유가스, 질소 함유가스 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 식각가스를 사용하여 수행할 수 있다.In the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etch mask, the photoresist layer remaining in the partial via hole before etching the hard mask layer is etched to below a bottom surface of the hard mask layer. The step of performing may be performed using any one or more of the etching gas of oxygen-containing gas, nitrogen-containing gas or hydrogen-containing gas.

본 발명의 제1 및 제2 형태에서 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각시 O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 Ar, He, Xe를 포함하는 불활성가스 중의 어느 하나 이상의 가스를 사용하여 수행할 수 있으며, 상기 하드마스크층은 AlN, TaN, TiN을 포함하는 금속질화물, AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물중의 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합물질로 형성할 경우, 상기 하드마스크층의 식각은 Cl2, BCl3를 포함하는 클로라이드 함유가스를 사용하여 수행할 수 있다.In the first and second aspects of the present invention, in the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etching mask, oxygen containing O 2 , CO, and CO 2 may be included when etching the hard mask layer. Gas, N 2 , a nitrogen-containing gas containing N 2 0, or any one or more of an inert gas containing Ar, He, Xe may be performed using the hard mask layer is AlN, TaN, TiN When formed of any one of metal nitride, AlO, TaO, or TiO containing metal oxide, or a combination thereof, the etching of the hard mask layer is a chloride containing gas containing Cl 2 , BCl 3 Can be used.

한편, 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 하여 상기 층간절연층을 식각하는 단계에서는, C4F8, C4F6, C5F8을 포함하는 CxFy계 가스, CH2F2, CH3F를 포함하는 ChxFy계 가스, O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, He, Ar, Xe를 포함하는 불활성가스를 사용하여 수행할 수 있다. 본 발명의 제2 형태에서 상기 매립물질층은 상기 파셜 비아홀의 일부를 매립하거나 또는상기 파셜 비아홀을 완전히 매립하면서 동시에 상기 하드마스크층상으로 일정 두께를 유지하도록 형성할 수 있으며, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각과 동시에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 매립물질이 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 동시에 식각되도록 할 수 있으며, 바람직하게는 상기 하드마스크층의 식각시 상기 매립물질층과의 식각선택비가 2:1 미만이 되도록 CF4, CH2F2, CHF3, CH3F, NF3, SF6을 포함한 플루오르 함유가스를 사용하여 식각할 수 있다.On the other hand, in the step of etching the interlayer insulating layer using the hard mask layer pattern as an etching mask, CxFy-based gas containing C 4 F 8 , C 4 F 6 , C 5 F 8 , CH 2 F 2 , CH 3 ChxFy-based gas containing F, oxygen containing gas containing O 2 , CO, CO 2 , nitrogen containing gas containing N 2 , N 2 0, inert gas containing He, Ar, Xe Can be. In the second aspect of the present invention, the buried material layer may be formed to fill a portion of the partial via hole or to completely fill the partial via hole and to maintain a predetermined thickness on the hard mask layer. In the step of forming the hard mask pattern using an etching mask, the buried material remaining in the partial via hole at the same time as the etching of the hard mask layer may be simultaneously etched to the lower surface of the hard mask layer or less. When etching the hard mask layer using a fluorine-containing gas containing CF 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , CH 3 F, NF 3 , SF 6 so that the etching selectivity with the buried material layer is less than 2: 1 It can be etched.

또한, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각하기 전에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 매립물질층층을 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 식각하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 잔류하는 매립물질층을 식각하는 단계에서는 산소 함유가스, 질소 함유가스 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 식각가스를 사용하여 수행할 수 있으며, 상기 매립물질층은 바람직하게는 탄소계 유기물인 BARC막일 수 있다.In the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etch mask, the buried material layer layer remaining in the partial via hole before etching the hard mask layer is etched to the lower surface of the hard mask layer or less. It may further comprise a step, preferably in the step of etching the remaining buried material layer may be performed using any one or more of the etching gas of the oxygen-containing gas, nitrogen-containing gas or hydrogen-containing gas, the The buried material layer may be a BARC film, which is preferably a carbon-based organic material.

상기 제1 스토퍼층을 제거하는 단계는 CF4, CH2F2, CHF3을 포함한 플루오르 함유가스에 O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 가스를 혼합하여 사용할 수 있다.The step of removing the first stopper layer is an oxygen-containing gas containing O 2 , CO, CO 2 in a fluorine-containing gas including CF 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , nitrogen including N 2 , N 2 0 It can be used by mixing any one or more of the gas or the hydrogen-containing gas.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is described in the following embodiments. It is not limited. In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for clarity and convenience of explanation. Like numbers refer to like elements in the figures.

< 제 1 실 시 예 ><Example 1>

도 7 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.7 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings of a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention according to a process sequence.

도 7을 참조하면, 제1 도전층(402)이 형성된 반도체 기판(400) 상에 제1 스토퍼층(404)을 형성한다. 제1 도전층(402)은 반도체 기판(400)에 형성된 불순물 도핑 영역이거나 구리(Cu) 배선층 또는 기타 텅스텐 등의 다른 금속배선층일 수 있다. 제1 스토퍼층(404)은 그 상부에 형성되는 제1 층간절연층(405)과의 식각선택비가 큰 물질, 예컨대 탄화물계 절연물 또는 질화물계 절연물, 구체적으로는 SiC, SiCN, BN, SiN 중의 어느 하나로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7, a first stopper layer 404 is formed on the semiconductor substrate 400 on which the first conductive layer 402 is formed. The first conductive layer 402 may be an impurity doped region formed in the semiconductor substrate 400 or another metal wiring layer such as a copper (Cu) wiring layer or other tungsten. The first stopper layer 404 has a high etching selectivity with respect to the first interlayer insulating layer 405 formed thereon, such as a carbide-based or nitride-based insulator, specifically, SiC, SiCN, BN, or SiN. Can be formed into one.

이어서, 제1 스토퍼층(404) 상에 제1 층간절연층(405)을 형성한다. 제1 층간절연층(405)은 예를 들면, 유기계 산화물 또는 무기계 산화물 가운데 임의의 산화물을 사용할 수 있으며, 예를 들어, SiOC막, 다공성 SiO2막, PSG(phosphorous silicate glass)막, BPSG(boron phosphorous silicate glass)막, USG(undoped silicate glass)막, FSG(fluorine doped silicate glass)막, HDP(high density plasma)막, PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate)막 또는SOG(spin on glass)막과 같은 저유전율을 갖는 물질막을 사용할 수 있다. 제1 층간절연층(405)은 제1 스토퍼층(404)과의 식각선택비가 큰 물질막으로 형성한다. 이어서, 제1 층간절연층(405) 상에 제2 스토퍼층(406)을 형성한다. 제2 스토퍼층(406)은 그 상부에 형성되는 제2 층간절연층(407)과의 식각선택비가 큰 물질, 예컨대 탄화물계 절연물 또는 질화물계 절연물, 구체적으로는 SiC, SiCN, BN, SiN 중의 어느 하나로 형성할 수 있다.Subsequently, a first interlayer insulating layer 405 is formed on the first stopper layer 404. For example, the first interlayer insulating layer 405 may use any of an organic oxide or an inorganic oxide. For example, an SiOC film, a porous SiO 2 film, a PSG (phosphorous silicate glass) film, or BPSG (boron) may be used. phosphorous silicate glass (USG) film, USG (undoped silicate glass) film, FSG (fluorine doped silicate glass) film, HDP (high density plasma) film, plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate (PE-TEOS) film or spin on glass A material film having a low dielectric constant such as a film can be used. The first interlayer insulating layer 405 is formed of a material film having a large etching selectivity with the first stopper layer 404. Subsequently, a second stopper layer 406 is formed on the first interlayer insulating layer 405. The second stopper layer 406 has a high etching selectivity with respect to the second interlayer insulating layer 407 formed thereon, for example, carbide-based or nitride-based insulators, specifically SiC, SiCN, BN, or SiN. Can be formed into one.

다음에, 제2 스토퍼층(406) 상에 제2 층간절연층(407)을 형성한다. 제2 층간절연막(407)은 전술한 제1 층간절연층(405)과 같이 무기계 산화물 또는 유기계 산화물로 형성할 수 있으며, 예를 들면, SiOC막, 다공성 SiO2막, PSG막, BPSG막, USG막, FSG막, HDP막, PE-TEOS막 또는 SOG막과 같은 저유전율을 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 제2 층간절연층(407)은 제2 스토퍼층(406)과의 식각선택비가 큰 물질막으로 형성한다. 제2 층간절연층(407)은 제1 층간절연층(405)과 다른 물질막으로 형성할 수도 있으나, 제1 층간절연층(405)과 동일한 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다.Next, a second interlayer insulating layer 407 is formed on the second stopper layer 406. The second interlayer insulating film 407 may be formed of an inorganic oxide or an organic oxide like the first interlayer insulating layer 405 described above. For example, the SiOC film, the porous SiO 2 film, the PSG film, the BPSG film, and the USG may be used. It is preferable to form a material film having a low dielectric constant such as a film, an FSG film, an HDP film, a PE-TEOS film, or an SOG film. The second interlayer insulating layer 407 is formed of a material film having a large etching selectivity with the second stopper layer 406. The second interlayer insulating layer 407 may be formed of a material film different from that of the first interlayer insulating layer 405, but is preferably formed of the same material film as the first interlayer insulating layer 405.

다음에, 제2 층간절연층(407) 상에 하드마스크층(408)을 형성한다. 하드마스크층(408)은 제2 층간절연막(407)과의 식각선택비가 큰 물질로서 후속되는 포토리소그라피 공정에서 반사방지층(Anti-Reflection Layer;ARL)의 역할을 함께 할 수 있는 물질층인 것이 바람직하다. 반사방지층의 역할을 강하게 나타날 수 있는 물질은 예를 들어, SiCN를 포함하는 카본나이트라이드계 절연물, SiON을 포함하는 옥시나이트라이드계 절연물 및 SiCON을 포함하는 카본옥시나이트라이드계 절연물이 있으며, 금속물질로서 TaN, TiN, TiON, TaON 등이 있으며, 이들 보다 반사방지층 역할이 약한 것으로서 AlN, AlON 등이 있다.Next, a hard mask layer 408 is formed on the second interlayer insulating layer 407. The hard mask layer 408 is a material layer having a high etching selectivity with respect to the second interlayer insulating film 407 and may serve as an anti-reflection layer (ARL) in a subsequent photolithography process. Do. Materials that may strongly exhibit the role of the antireflection layer include, for example, carbon nitride based insulators including SiCN, oxynitride based insulators including SiON, and carbon oxynitride based insulators including SiCON. As TaN, TiN, TiON, TaON, and the like, the role of the anti-reflection layer is weaker than these, AlN, AlON and the like.

따라서 하드마스층(408)으로서 이들 반사방지층의 역할을 동시에 수행할 수 있는 물질들을 단층으로 형성하거나, 또는 전술한 반사방지층 물질들을 조합하거나 반사방지층의 역할을 하지 못하는 다른 물질층과 조합하여 복층으로 형성할 수 있다. 반사방지층의 역할을 충분히 하지 못하지만 하드마스크층(408) 하부에 형성된 저유전(Low-K)물질의 층간절연층들과 식각 선택비가 우수한 하드마스크층 물질로서, 예를 들어 AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물들이 있다.Accordingly, the hard mask layer 408 may be formed of a single layer of materials capable of simultaneously acting as the antireflection layer, or may be combined with the above-described antireflection layer materials or combined with another material layer not serving as an antireflection layer. Can be formed. Although not sufficient as the anti-reflection layer, it is a hard mask layer material having excellent etching selectivity and interlayer insulating layers of low-k material formed under the hard mask layer 408. For example, AlO, TaO, TiO Metal oxides are included.

본 발명에서는 상기 반사방지층 물질을 단층으로 사용하는 경우 상기 하드마스크층(408)은 1000 옹스트롬 두께의 내외로 형성하여 사용할 수 있으며, 전술한 반사방지물질들과 반사방지층의 역할을 하지 못하는 물질을 복층으로 형성하는 경우 상기 상층에 형성되는 반사방지물질은 600 옹스트롬 내외의 두께로 형성하고, 하층에 형성되는 반사방지층의 역할을 수행하지 못하는 상기 금속산화물의 두께는 약 100 내지 200 옹스트롬 정도의 두께로 형성할 수 있다.In the present invention, when the anti-reflective layer material is used as a single layer, the hard mask layer 408 may be formed to have a thickness of about 1000 angstroms, and may be used as a single layer. When the anti-reflective material formed on the upper layer is formed to a thickness of about 600 angstroms, the thickness of the metal oxide that does not serve as an anti-reflective layer formed on the lower layer is formed to a thickness of about 100 to 200 angstroms can do.

이어서, 하드마스크층(408) 상에 후속하여 설명하는 비아홀에 대응하는 제1 폭(W1)을 가지고 하드마스크층(408)의 상면을 일부 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(410)을 형성한다. 즉, 하드 마스크층(408) 상에 포토레지스트를 도포한 후, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 제1 포토레지스트 패턴(410)을 형성한다.Subsequently, a first photoresist pattern 410 is formed on the hard mask layer 408 to partially expose the top surface of the hard mask layer 408 with a first width W1 corresponding to the via hole described later. That is, after the photoresist is applied on the hard mask layer 408, the photoresist is exposed and developed to form the first photoresist pattern 410.

도 8을 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(410)을 식각 마스크로 하드마스크층(408)층 및 제2 층간절연층(407) 및 제2 스토퍼층(406)을 식각한다. 이때 제1 포토레지스트 패턴(410)을 식각마스크로 하여 하드마스크층(408)을 식각하여 하드마스크층 패턴을 형성한 후 이를 식각마스크로 하여 상기 제2 층간절연층(407) 및 제2 스토퍼층(406)을 식각하여 파셜 비아홀을 형성할 수도 있다. 상기 식각에 의하여 제2 층간절연층(407)에 제1 폭(W1)을 갖는 파셜 비아홀(412)이 형성되게 된다. 다음에, 제1 포토레지스트 패턴(410)을 제거한다. 제1 포토레지스트 패턴(410)은 통상의 방법, 예컨대 애슁(shing) 공정을 이용하여 제거할 수 있다. 도 9를 참조하면, 파셜 비아홀(partial via hole,412)이 형성되어 있는 반도체 기판(400) 상에 포토레지스트층을 형성한다. 이때 상기 파셜 비아홀(412)내에는 포토레지스트층이 잔류하게 된다. 또한 상기 하드마스크층(408)상에는 본 발명의 하드마스크층 자체가 반사방지막 역할을 하기 때문에 별도의 반사방지층을 형성하지 않으나, 필요에 따라 포토레지스트층 도포전에 반사방지층을 추가적으로 더 형성할 수도 있다. 상기 포토레지스트층을 노광 현상하여 상기 제1 폭(W1)보다 큰 제2 폭(W2)을 가지고 후술하는 트랜치 배선영역(418)이 형성될 하드마스크층(408)의 일부를 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(416)을 형성한다. 트랜치 배선영역(418)의 위치는 파샬 비아홀(412)의 위치에 대응하여 적어도 일부가 중첩되도록 형성한다.Referring to FIG. 8, the hard mask layer 408, the second interlayer insulating layer 407, and the second stopper layer 406 are etched using the first photoresist pattern 410 as an etching mask. In this case, the hard mask layer 408 is etched using the first photoresist pattern 410 as an etch mask to form a hard mask layer pattern, and then the second interlayer insulating layer 407 and the second stopper layer are used as etch masks. 406 may be etched to form a partial via hole. By etching, the partial via hole 412 having the first width W1 is formed in the second interlayer insulating layer 407. Next, the first photoresist pattern 410 is removed. The first photoresist pattern 410 may be removed using a conventional method such as a ashing process. Referring to FIG. 9, a photoresist layer is formed on a semiconductor substrate 400 on which a partial via hole 412 is formed. In this case, a photoresist layer remains in the partial via hole 412. In addition, since the hard mask layer itself of the present invention acts as an anti-reflection film on the hard mask layer 408, a separate anti-reflection layer is not formed, but an anti-reflection layer may be additionally formed before application of the photoresist layer, if necessary. A second photo exposing and developing a portion of the hard mask layer 408 in which the trench wiring region 418 to be described later is formed, having a second width W2 greater than the first width W1 by exposing and developing the photoresist layer. The resist pattern 416 is formed. The trench wiring region 418 is formed to overlap at least a portion corresponding to the position of the partial via hole 412.

도 10을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(416)을 식각 마스크로 하여 제2 층간절연층(407) 상부의 하드마스크층(408)을 건식 식각하여 제2 하드마스크층 패턴(408b)을 형성한다. 상기 제2 하드마스크 패턴(408b)을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층(408)의 식각과 동시에 상기 파셜 비아홀(412)내에 잔류하는 포토레지스트층(416)이 상기 하드마스크층(408)의 저면 이하까지 동시에 식각될 수 있으며, 이때 상기 하드마스크층(408)의 식각시 상기 포토레지스트층(416)과의 식각선택비가 낮은 예를 들어, 2:1 미만이 되도록 CF4, CH2F2, CHF3, CH3F, NF3, SF6을 포함한 플루오르 함유가스를 사용하여 식각할 수 있다. 한편, 상기 제2 포토레지스트 패턴(416)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 하드마스크 패턴(408b)을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층(408)의 식각하기 전에 상기 파셜 비아홀(412)내에 잔류하는 포토레지스트층(416)을 상기 하드마스크층(408)의 저면 이하까지 식각하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때는 산소 함유가스, 질소 함유가스 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 식각가스를 사용한다. 한편, 상기 제2 포토레지스트 패턴(416)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 하드마스크 패턴(408b)을 형성하는 단계에서는, O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 Ar, He, Xe를 포함하는 불활성가스 중의 어느 하나 이상의 가스를 사용하여 수행할 수도 있다.Referring to FIG. 10, the hard mask layer 408 on the second interlayer insulating layer 407 is dry-etched using the second photoresist pattern 416 as an etching mask to form a second hard mask layer pattern 408b. do. In the forming of the second hard mask pattern 408 b, the photoresist layer 416 remaining in the partial via hole 412 is simultaneously formed by etching the hard mask layer 408. It may be simultaneously etched up to the bottom, and at this time, the etching selectivity with the photoresist layer 416 at the time of etching the hard mask layer 408 is low, for example, less than 2: 1 CF 4 , CH 2 F 2 It can be etched using a fluorine-containing gas, including CHF 3 , CH 3 F, NF 3 , SF 6 . Meanwhile, in the forming of the second hard mask pattern 408b using the second photoresist pattern 416 as an etching mask, remaining in the partial via hole 412 before etching the hard mask layer 408. The method may further include etching the photoresist layer 416 up to the bottom surface of the hard mask layer 408, in which case one or more of an etching gas among an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, or a hydrogen-containing gas is used. do. On the other hand, in the step of forming the second hard mask pattern 408b using the second photoresist pattern 416 as an etching mask, oxygen-containing gas containing O 2 , CO, CO 2 , N 2 , N 2 It may be carried out using a nitrogen-containing gas containing 0 or any one or more of an inert gas containing Ar, He, Xe.

한편, 상기 하드마스크층(408)이 AlN, TaN, TiN을 포함하는 금속질화물, AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물중의 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합물질로 형성할 경우, 상기 하드마스크층(408)의 식각은 풀루오루 함유가스를 사용하는 대신에 Cl2, BCl3를 포함하는 클로라이드 함유가스를 사용하여 수행할 수도 있다.On the other hand, when the hard mask layer 408 is formed of any one of metal nitrides including AlN, TaN, TiN, metal oxides including AlO, TaO, TiO, or a combination thereof, the hard mask The etching of layer 408 may be performed using a chloride containing gas comprising Cl 2 , BCl 3 instead of using a pullulouru containing gas.

도 11을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(416)을 제거한다. 제2 포토레지스트 패턴(416)은 통상의 방법, 예컨대 산소, 질소 또는 수소가 함유된 혼합 가스를사용하여 애슁 공정을 이용하여 제거할 수 있다.Referring to FIG. 11, the second photoresist pattern 416 is removed. The second photoresist pattern 416 may be removed using a conventional method such as an ashing process using a mixed gas containing oxygen, nitrogen or hydrogen.

도 12를 참조하면, 제2 하드 마스크층 패턴(408b)을 식각 마스크로 하여 식각공정을 수행한다. 이때 트랜치 배선영역(418)내에서는 제2 층간절연층(407) 및 제2 스토퍼층(406)이 식각되어 트랜치 배선영역(418)을 형성하는 동시에 파셜 비아홀(412)내에서는 제1 층간절연층(405)이 식각되어 풀 비아홀(full via hole,412a)을 형성한다. 상기 제2 하드마스크층 패턴(408b)을 식각마스크로 하여 상기 제1 및 제2 층간절연층(407, 405)을 식각하는 단계에서는, C4F8, C4F6, C5F8을 포함하는 CxFy계 가스, CH2F2, CH3F를 포함하는 ChxFy계 가스, O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, He, Ar, Xe를 포함하는 불활성가스를 사용하여 수행한다.Referring to FIG. 12, an etching process is performed using the second hard mask layer pattern 408b as an etching mask. At this time, the second interlayer insulating layer 407 and the second stopper layer 406 are etched in the trench wiring region 418 to form the trench wiring region 418, and the first interlayer insulating layer in the partial via hole 412. 405 is etched to form a full via hole 412a. In the step of etching the first and second interlayer insulating layers 407 and 405 using the second hard mask layer pattern 408b as an etching mask, C 4 F 8 , C 4 F 6 , and C 5 F 8 may be used. CxFy-based gas containing, CH 2 F 2 , ChxFy-based gas including CH 3 F, O 2 , CO, Oxy-containing gas containing CO 2 , N 2 , Ni-containing gas containing N 2 0, He, It is carried out using an inert gas containing Ar, Xe.

도 13을 참조하면, 풀 비아홀(412a)을 통해 노출된 제1 스토퍼층(404)을 식각하여 제거한다. 상기 제1 스토퍼층(404)을 제거하는 단계는 CF4, CH2F2, CHF3을 포함한 플루오르 함유가스에 O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 가스를 혼합하여 사용하는 수행할 수 있다.Referring to FIG. 13, the first stopper layer 404 exposed through the full via hole 412a is etched and removed. The removing of the first stopper layer 404 may include an oxygen-containing gas including O 2 , CO, and CO 2 in a fluorine-containing gas including CF 4 , CH 2 F 2 , and CHF 3 , N 2 , and N 2 0. Nitrogen-containing gas or hydrogen-containing gas may be used by mixing any one or more gases.

도 14를 참조하면, 노출된 트랜치 배선영역(418) 및 풀 비아홀(412a)내에 구리 또는 텅스텐과 같은 도전물질층을 형성한 후 표면평탄화 공정을 통해 제2 도전층(420)을 형성한다. 이때, 제2 하드 마스크층 패턴(408b)도 함께 식각하여 제거할수도 있으며, 혹은 제2 하드 마스크층(408b)을 제거하지 않고 그대로 남겨두고 후속 공정을 진행할 수도 있다.Referring to FIG. 14, a conductive material layer such as copper or tungsten is formed in the exposed trench wiring region 418 and the full via hole 412a, and then a second conductive layer 420 is formed through a surface planarization process. In this case, the second hard mask layer pattern 408b may also be removed by etching, or the subsequent process may be performed without leaving the second hard mask layer 408b.

< 제 2 실 시 예 ><Example 2 example>

도 15 내지 도 20은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.15 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings of a semiconductor device in accordance with a second preferred embodiment of the present invention according to a process sequence.

도 15를 참조하면, 제1 도전층(402)이 형성된 반도체 기판(400) 상에 제1 스토퍼층(404)을 형성한다. 제1 도전층(402)은 반도체 기판(400)에 형성된 불순물 도핑 영역이거나 구리(Cu) 배선층 또는 기타 텅스텐 등의 다른 금속배선층일 수 있다. 제1 스토퍼층(404)은 그 상부에 형성되는 제1 층간절연층(405)과의 식각선택비가 큰 물질, 예컨대 탄화물계 절연물 또는 질화물계 절연물, 구체적으로는 SiC, SiCN, BN, SiN 중의 어느 하나로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 15, a first stopper layer 404 is formed on the semiconductor substrate 400 on which the first conductive layer 402 is formed. The first conductive layer 402 may be an impurity doped region formed in the semiconductor substrate 400 or another metal wiring layer such as a copper (Cu) wiring layer or other tungsten. The first stopper layer 404 has a high etching selectivity with respect to the first interlayer insulating layer 405 formed thereon, such as a carbide-based or nitride-based insulator, specifically, SiC, SiCN, BN, or SiN. Can be formed into one.

이어서, 제1 스토퍼층(404) 상에 제1 층간절연층(405)을 형성한다. 제1 층간절연층(405)은 제1 실시예에서와 같이 유기계 산화물 또는 무기계 산화물을 사용할 수 있다. 이어서, 제1 층간절연층(405) 상에 제2 층간절연층(407)을 형성한다. 제2 층간절연막(407)은 전술한 제1 층간절연층(405)과 같이 무기계 산화물 또는 유기계 산화물로 형성할 수 있다. 제2 층간절연층(407)은 제1 층간절연층(405)과 다른 물질막으로 형성할 수도 있으나, 제1 층간절연층(405)과 동일한 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, a first interlayer insulating layer 405 is formed on the first stopper layer 404. As the first interlayer insulating layer 405, an organic oxide or an inorganic oxide may be used as in the first embodiment. Subsequently, a second interlayer insulating layer 407 is formed on the first interlayer insulating layer 405. The second interlayer insulating film 407 may be formed of an inorganic oxide or an organic oxide like the first interlayer insulating layer 405 described above. The second interlayer insulating layer 407 may be formed of a material film different from that of the first interlayer insulating layer 405, but is preferably formed of the same material film as the first interlayer insulating layer 405.

다음에, 제2 층간절연층(407) 상에 하드마스크층을 형성한다. 하드마스크층은 제2 층간절연막(407)과의 식각선택비가 큰 물질로서 후속되는 포토리소그라피공정에서 반사방지층(Anti-Reflection Layer;ARL)의 역할을 함께 할 수 있는 물질층인 것이 바람직하다. 반사방지층의 역할을 강하게 나타날 수 있는 물질은 예를 들어, SiCN를 포함하는 카본나이트라이드계 절연물, SiON을 포함하는 옥시나이트라이드계 절연물 및 SiCON을 포함하는 카본옥시나이트라이드계 절연물이 있으며, 금속물질로서 TaN, TiN, TiON, TaON 등이 있으며, 이들 보다 반사방지층 역할이 약한 것으로서 AlN, AlON 등이 있다.Next, a hard mask layer is formed on the second interlayer insulating layer 407. The hard mask layer is a material layer having a high etching selectivity with respect to the second interlayer insulating film 407 and may serve as an anti-reflection layer (ARL) in a subsequent photolithography process. Materials that may strongly exhibit the role of the antireflection layer include, for example, carbon nitride based insulators including SiCN, oxynitride based insulators including SiON, and carbon oxynitride based insulators including SiCON. As TaN, TiN, TiON, TaON, and the like, the role of the anti-reflection layer is weaker than these, AlN, AlON and the like.

따라서 하드마스층(408)으로서 이들 반사방지층의 역할을 동시에 수행할 수 있는 물질들을 단층으로 형성하거나, 또는 전술한 반사방지층 물질들을 조합하거나 반사방지층의 역할을 하지 못하는 다른 물질층과 조합하여 복층으로 형성할 수 있다. 반사방지층의 역할을 충분히 하지 못하지만 하드마스크층(408) 하부에 형성된 저유전(Low-K)물질의 층간절연층들과 식각 선택비가 우수한 하드마스크층 물질로서, 예를 들어 AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물들이 있다.Accordingly, the hard mask layer 408 may be formed of a single layer of materials capable of simultaneously acting as the antireflection layer, or may be combined with the above-described antireflection layer materials or combined with another material layer not serving as an antireflection layer. Can be formed. Although not sufficient as the anti-reflection layer, it is a hard mask layer material having excellent etching selectivity and interlayer insulating layers of low-k material formed under the hard mask layer 408. For example, AlO, TaO, TiO Metal oxides are included.

본 발명에서는 상기 반사방지층 물질을 단층으로 사용하는 경우 상기 하드마스크층(408)은 1000 옹스트롬 두께의 내외로 형성하여 사용할 수 있으며, 전술한 반사방지물질들과 반사방지층의 역할을 하지 못하는 물질을 복층으로 형성하는 경우 상기 상층에 형성되는 반사방지물질은 600 옹스트롬 내외의 두께로 형성하고, 하층에 형성되는 반사방지층의 역할을 수행하지 못하는 상기 금속산화물의 두께는 약 100 내지 200 옹스트롬 정도의 두께로 형성할 수 있다.In the present invention, when the anti-reflective layer material is used as a single layer, the hard mask layer 408 may be formed to have a thickness of about 1000 angstroms, and may be used as a single layer. When the anti-reflective material formed on the upper layer is formed to a thickness of about 600 angstroms, the thickness of the metal oxide that does not serve as an anti-reflective layer formed on the lower layer is formed to a thickness of about 100 to 200 angstroms can do.

이어서, 하드마스크층 상에 후속하여 설명하는 비아홀에 대응하는 제1 폭(W1)을 가지고 하드마스크층의 상면을 일부 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(도시안됨)을 형성하고, 제1 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하드마스크층 및 제2 층간절연층(407)을 식각하여 상기 제2 층간절연층(407)에 제1 폭(W1)을 갖는 파셜 비아홀(412)이 형성되게 된다. 다음에, 제1 포토레지스트 패턴을 제거한다.Subsequently, a first photoresist pattern (not shown) is formed on the hard mask layer to partially expose the top surface of the hard mask layer with a first width W1 corresponding to the via hole described later. The hard mask layer and the second interlayer insulating layer 407 are etched using the etch mask to form a partial via hole 412 having a first width W1 in the second interlayer insulating layer 407. Next, the first photoresist pattern is removed.

도 16을 참조하면, 파셜 비아홀(412)이 형성되어 있는 반도체 기판(400)의 전면에 매립물질층(411)을 형성한다. 상기 매립물질층(411)은 탄소계 유기물인 BARC(Bottom Anti-Reflection Coating)과 같은 SOD 또는 CVD에 의한 유기물질층을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 매립물질층(411)은 파셜 비아홀(412)의 일부를 매립하거나 전부 매립할 수 있으며, 상기 제1 하드마스크층 패턴(408a) 상으로 일정한 두께를 유지하도록 적절한 두께로 형성할 수도 있다. 이어서, 상기 매립물질층(411)상에 포토레지스트층을 형성한다. 상기 포토레지스트층을 노광 현상하여 상기 제1 폭(W1)보다 큰 제2 폭(W2)을 가지고 후술하는 트랜치 배선영역(418)이 형성될 하드마스크층의 일부를 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴(416)을 형성한다. 트랜치 배선영역(418)의 위치는 파샬 비아홀(412)의 위치에 대응하여 적어도 일부가 중첩되도록 형성한다.Referring to FIG. 16, a buried material layer 411 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 400 where the partial via hole 412 is formed. The buried material layer 411 may use an organic material layer by SOD or CVD such as BARC (Bottom Anti-Reflection Coating), which is a carbon-based organic material. The buried material layer 411 may fill or partially fill the partial via hole 412. The buried material layer 411 may be formed to have an appropriate thickness on the first hard mask layer pattern 408 a. Subsequently, a photoresist layer is formed on the buried material layer 411. A second photoresist pattern exposing and developing a portion of the hard mask layer on which the trench wiring region 418, which will be described later, to have a second width W2 greater than the first width W1, is formed by exposing and developing the photoresist layer ( 416). The trench wiring region 418 is formed to overlap at least a portion corresponding to the position of the partial via hole 412.

도 17을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(416)을 식각 마스크로 하여 매립물질층(411) 및 제2 층간절연층(407) 상부의 하드마스크층을 건식 식각하여 제2 하드마스크층 패턴(408b)을 형성한다. 상기 제2 하드마스크 패턴(408b)을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층(408)의 식각과 동시에 상기 파셜 비아홀(412)내에 잔류하는 매립물질층(411)이 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 동시에 식각될 수 있으며, 이때 상기 하드마스크층의 식각시 상기 포토레지스트층(416)과의 식각선택비가 낮은 예를 들어, 2:1 미만이 되도록 CF4, CH2F2, CHF3, CH3F, NF3, SF6을 포함한 플루오르 함유가스를 사용하여 식각할 수 있다.Referring to FIG. 17, the second hard mask layer pattern may be formed by dry etching the buried material layer 411 and the hard mask layer on the second interlayer insulating layer 407 using the second photoresist pattern 416 as an etching mask. 408b). In the forming of the second hard mask pattern 408b, the buried material layer 411 remaining in the partial via hole 412 at the same time as the hard mask layer 408 is etched is lower than the bottom surface of the hard mask layer. At the same time, when the hard mask layer is etched, the etching selectivity with the photoresist layer 416 is low, for example, less than 2: 1 CF 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , CH 3 It can be etched using a fluorine-containing gas including F, NF 3 , SF 6 .

한편, 상기 제2 포토레지스트 패턴(416)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 하드마스크 패턴(408b)을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각하기 전에 상기 파셜 비아홀(412)내에 잔류하는 매립물질층(411)을 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 식각하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때는 산소 함유가스, 질소 함유가스 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 식각가스를 사용한다. 한편, 상기 제2 포토레지스트 패턴(416)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 하드마스크 패턴(408b)을 형성하는 단계에서는, O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 Ar, He, Xe를 포함하는 불활성가스 중의 어느 하나 이상의 가스를 사용하여 수행할 수도 있다.Meanwhile, in the forming of the second hard mask pattern 408b using the second photoresist pattern 416 as an etching mask, the buried material remaining in the partial via hole 412 before the hard mask layer is etched. The method may further include etching the layer 411 up to the bottom of the hard mask layer, wherein at least one of an etching gas among an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, or a hydrogen-containing gas is used. On the other hand, in the step of forming the second hard mask pattern 408b using the second photoresist pattern 416 as an etching mask, oxygen-containing gas containing O 2 , CO, CO 2 , N 2 , N 2 It may be carried out using a nitrogen-containing gas containing 0 or any one or more of an inert gas containing Ar, He, Xe.

한편, 상기 하드마스크층이 AlN, TaN, TiN을 포함하는 금속질화물, AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물중의 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합물질로 형성할 경우, 상기 하드마스크층의 식각은 Cl2, BCl3를 포함하는 클로라이드 함유가스를 사용하여 수행할 수도 있다. 도 18을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(416) 및 매립물질층(411)을 제거한다. 제2 포토레지스트 패턴(416)은 통상의 방법, 예컨대 산소, 질소 또는 수소가 함유된 혼합 가스를 사용하여 애슁 공정을 이용하여 제거할 수 있다.On the other hand, when the hard mask layer is formed of any one of metal nitrides including AlN, TaN, TiN, metal oxides including AlO, TaO, TiO or a combination thereof, the hard mask layer is etched May be carried out using a chloride containing gas comprising Cl 2 , BCl 3 . Referring to FIG. 18, the second photoresist pattern 416 and the buried material layer 411 are removed. The second photoresist pattern 416 may be removed using a conventional method such as an ashing process using a mixed gas containing oxygen, nitrogen or hydrogen.

도 19를 참조하면, 제2 하드 마스크층 패턴(408b)을 식각 마스크로 하여 식각공정을 수행한다. 이때 트랜치 배선영역(418)내에서는 제2 층간절연층(407)이 식각되어 트랜치 배선영역(418)을 형성하는 동시에 파셜 비아홀(412)내에서는 제1 층간절연층(405)이 식각되어 풀 비아홀(full via hole,412a)을 형성한다. 상기 제2 하드마스크층 패턴(408b)을 식각마스크로 하여 상기 제1 및 제2 층간절연층(407, 405)을 식각하는 단계에서는, C4F8, C4F6, C5F8을 포함하는 CxFy계 가스, CH2F2, CH3F를 포함하는 ChxFy계 가스, O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, He, Ar, Xe를 포함하는 불활성가스를 사용하여 수행한다.Referring to FIG. 19, an etching process is performed using the second hard mask layer pattern 408b as an etching mask. At this time, in the trench wiring region 418, the second interlayer insulating layer 407 is etched to form the trench wiring region 418, and in the partial via hole 412, the first interlayer insulating layer 405 is etched to form the full via hole. (full via hole, 412a). In the step of etching the first and second interlayer insulating layers 407 and 405 using the second hard mask layer pattern 408b as an etching mask, C 4 F 8 , C 4 F 6 , and C 5 F 8 may be used. CxFy-based gas containing, CH 2 F 2 , ChxFy-based gas including CH 3 F, O 2 , CO, Oxy-containing gas containing CO 2 , N 2 , Ni-containing gas containing N 2 0, He, It is carried out using an inert gas containing Ar, Xe.

도 20을 참조하면, 풀 비아홀(412a)을 통해 노출된 제1 스토퍼층(404)을 식각하여 제거한다. 상기 제1 스토퍼층(404)을 제거하는 단계는 CF4, CH2F2, CHF3을 포함한 플루오르 함유가스에 O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 가스를 혼합하여 사용하는 수행할 수 있다. 계속하여. 노출된 트랜치 배선영역(418) 및 풀 비아홀(412a)내에 구리 또는 텅스텐과 같은 도전물질층을 형성한 후 표면평탄화 공정을 통해 제2 도전층(420)을 형성한다. 이때, 제2 하드 마스크층 패턴(408b)도 함께 식각하여 제거할 수도 있으며, 혹은 하드 마스크층(408b)을 제거하지 않고 그대로 남겨두고 후속 공정을 진행할 수도 있다.Referring to FIG. 20, the first stopper layer 404 exposed through the full via hole 412a is etched and removed. The removing of the first stopper layer 404 may include an oxygen-containing gas including O 2 , CO, and CO 2 in a fluorine-containing gas including CF 4 , CH 2 F 2 , and CHF 3 , N 2 , and N 2 0. Nitrogen-containing gas or hydrogen-containing gas may be used by mixing any one or more gases. Continue. After forming a conductive material layer such as copper or tungsten in the exposed trench wiring region 418 and the full via hole 412a, the second conductive layer 420 is formed through a surface planarization process. In this case, the second hard mask layer pattern 408b may also be removed by etching, or the subsequent process may be performed without removing the hard mask layer 408b.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 사상이 미치는 범위내에서 다양하게 변형실시 할 수 있음은 물론이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made within the scope of the spirit of the present invention.

본 발명에 의하면, 비아홀을 파셜 비아홀로 먼저 형성하는 동시에 비아홀내에 포토레지스트층 또는 매립물질층을 형성함으로써 비아홀의 밀도차에 기인한 포토레지스트 두께 차이와 그로 인한 패턴 형성의 악영향을 억제할 수 있으며, 트랜치 배선영역 형성시 발생하던 펜스의 발생을 억제할 수 있다.According to the present invention, by forming a via hole as a partial via hole first, and forming a photoresist layer or a buried material layer in the via hole, it is possible to suppress the photoresist thickness difference caused by the difference in density of the via holes and the adverse effect of pattern formation. It is possible to suppress the occurrence of the fence generated when forming the trench wiring region.

또한 본 발명에 의하면, 반사방지막의 역할을 할 수 있는 하드마스크층을 이용함으로써 공정의 단순화를 달성할 수 있으며, 저유전물질을 사용하는 경우 애슁 데미지를 최소화할 수 있고 식각내성이 없는 차세대 포토레지스트에 용이하게 대처할 수 있다.In addition, according to the present invention, the process can be simplified by using a hard mask layer that can act as an anti-reflection film, and when a low dielectric material is used, next-generation photoresist can be minimized and etch resistance can be minimized. It can easily cope with.

또한 본 발명에 의하면, 층간절연층을 식각하여 배선영역 및 비아홀을 형성할 때 스토퍼층이 식각됨으로써 제1 도전층이 외부로 노출될 염려가 없으며, 따라서 제2 포토레지스트 패턴 제거 공정에서 도전층의 상부에 금속산화물층이 형성되던 종래와 같은 문제는 발생하지 않는다. 또한, 본 발명은 파샬 비아홀을 형성한 후 제2 포토레지스트 패턴을 형성하기 전에 파샬 비아홀을 유기물 또는 무기물로 매립하기 때문에, 제2 포토레지스트 패턴을 형성할 때 파샬 비아홀 바닥에 포토레지스트가 잔류하여 비아홀이 오픈되지 않는 종래와 같은 문제는 발생하지 않는다.In addition, according to the present invention, when the interlayer insulating layer is etched to form the wiring region and the via hole, the stopper layer is etched so that the first conductive layer is not exposed to the outside. The same problem as the conventional method in which the metal oxide layer is formed on the upper surface does not occur. In addition, since the present invention fills the via vias with organic or inorganic materials after forming the via via holes and before forming the second photoresist pattern, the photoresist remains on the bottom of the via via holes when forming the second photoresist pattern. The same problem as the conventional one that does not open does not occur.

또한, 본 발명은 파샬 비아홀을 형성한 후 제2 포토레지스트 패턴을 형성하기 전에 파샬 비아홀을 유기물 또는 무기물로 매립하기 때문에, 제2 포토레지스트 패턴의 미스-어라인이 발생하더라도 종래와 같은 비아홀의 프로파일 불량은 발생하지 않는다.In addition, since the present invention fills the via vias with organic or inorganic materials after forming the via via holes and before forming the second photoresist pattern, even if a mis-alignment of the second photoresist pattern occurs, a conventional via hole profile may be used. Defect does not occur.

또한, 본 발명은 제2 포토레지스트 패턴을 제거한 후 하드 마스크층을 식각 마스크로 하여 배선영역 및 비아홀을 형성하기 때문에 종래와 같은 층간절연막 표면에 나타나는 애슁 공정에 의한 손상은 발생하지 않는다.In the present invention, since the wiring region and the via hole are formed using the hard mask layer as an etch mask after removing the second photoresist pattern, damage caused by the ashing process appearing on the surface of the interlayer insulating film as in the prior art does not occur.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although the preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.

Claims (25)

표면에 제1 도전층이 형성된 반도체기판 상에 제1 스토퍼층을 형성하는 단계;Forming a first stopper layer on a semiconductor substrate having a first conductive layer formed on a surface thereof; 상기 제1 스토퍼층 상에 층간절연층을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating layer on the first stopper layer; 상기 층간절연층 상에 반사방지막 역할을 수행할 수 있는 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the interlayer insulating layer to serve as an anti-reflection film; 상기 하드마스크층 상에 상기 반도체기판상의 상기 제1 도전층과 연결되는 비아홀을 정의하는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a first photoresist pattern on the hard mask layer to define a via hole connected to the first conductive layer on the semiconductor substrate; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층 및 상기 층간절연층을 일부 식각하여 파셜 비아홀을 형성하는 단계;Forming a partial via hole by partially etching the hard mask layer and the interlayer insulating layer using the first photoresist pattern as an etching mask; 잔류하는 상기 제1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;Removing the remaining first photoresist pattern; 상기 파셜 비아홀을 포함한 상기 반도체기판의 전면에 포토레지스트층을 형성하는 단계;Forming a photoresist layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the partial via hole; 상기 파셜 비아홀내에 상기 포토레지스트층을 잔류시키면서, 상기 파셜 비아홀과 적어도 일부가 중첩되는 트랜치 배선영역을 정의하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a second photoresist pattern defining a trench wiring region in which at least a portion of the photoresist layer overlaps with the photoresist layer in the partial via hole; 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크층 패턴을 형성하는 단계;Etching the hard mask layer by using the second photoresist pattern as an etching mask to form a hard mask layer pattern; 잔류하는 상기 제2 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;Removing the remaining second photoresist pattern; 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 하여 상기 층간절연막을 일부 식각하여 트랜치 배선영역 및 상기 파셜 비아홀이 연장되는 풀 비아홀을 형성하는 단계;Partially etching the interlayer insulating layer using the hard mask layer pattern as an etch mask to form a full via hole in which a trench wiring region and the partial via hole extend; 상기 풀 비아홀 하부에 노출되는 상기 제1 스토퍼층을 제거하는 단계; 및Removing the first stopper layer exposed under the full via hole; And 상기 풀 비아홀 및 트랜치 배선영역내에 제2 도전층을 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.And embedding a second conductive layer in the full via hole and trench wiring region. 표면에 제1 도전층이 형성된 반도체기판 상에 제1 스토퍼층을 형성하는 단계;Forming a first stopper layer on a semiconductor substrate having a first conductive layer formed on a surface thereof; 상기 제1 스토퍼층 상에 층간절연층을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating layer on the first stopper layer; 상기 층간절연층 상에 반사방지막 역할을 수행할 수 있는 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the interlayer insulating layer to serve as an anti-reflection film; 상기 하드마스크층 상에 상기 반도체기판상의 상기 제1 도전층과 연결되는비아홀을 정의하는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a first photoresist pattern on the hard mask layer to define a via hole connected to the first conductive layer on the semiconductor substrate; 상기 제1 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층 및 상기 층간절연층을 일부 식각하여 파셜 비아홀을 형성하는 단계;Forming a partial via hole by partially etching the hard mask layer and the interlayer insulating layer using the first photoresist pattern as an etching mask; 상기 파셜 비아홀을 매립하는 매립물질층을 형성하는 단계;Forming a buried material layer filling the partial via hole; 상기 반도체기판의 전면에 포토레지스트층을 형성하는 단계;Forming a photoresist layer on the entire surface of the semiconductor substrate; 상기 파셜 비아홀과 적어도 일부가 중첩되는 트랜치 배선영역을 정의하는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a second photoresist pattern defining a trench wiring region at least partially overlapping the partial via hole; 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크층 패턴을 형성하는 단계;Etching the hard mask layer by using the second photoresist pattern as an etching mask to form a hard mask layer pattern; 잔류하는 상기 포토레지스트 패턴 및 상기 파셜 비아홀내의 매립물질층을 제거하는 단계;Removing the remaining photoresist pattern and the buried material layer in the partial via hole; 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 하여 상기 층간절연막을 일부 식각하여 트랜치 배선영역 및 상기 파셜 비아홀이 연장되는 풀 비아홀을 형성하는 단계;Partially etching the interlayer insulating layer using the hard mask layer pattern as an etch mask to form a full via hole in which a trench wiring region and the partial via hole extend; 상기 풀 비아홀 하부에 노출되는 상기 제1 스토퍼층을 제거하는 단계; 및Removing the first stopper layer exposed under the full via hole; And 상기 풀 비아홀 및 트랜치 배선영역내에 제2 도전층을 매립하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.And embedding a second conductive layer in the full via hole and trench wiring region. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 층간절연층은 제1 층간절연층 및 제2 층간절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1 or 2, wherein the interlayer insulating layer comprises a first interlayer insulating layer and a second interlayer insulating layer. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 층간절연층과 상기 제2 층간절연층 사이에 제2 스토퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.4. The method of claim 3, further comprising a second stopper layer between the first interlayer insulating layer and the second interlayer insulating layer. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 스토퍼층 및/또는 상기 제2 스토퍼층은 상기 층간절연층에 대하여 식각선택비를 갖는 탄화물계 절연물 또는 질화물계 절연물로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The metal wiring of claim 4, wherein the first stopper layer and / or the second stopper layer are formed of a carbide-based insulator or a nitride-based insulator having an etch selectivity with respect to the interlayer insulating layer. Formation method. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 스토퍼층 및/또는 상기 제2 스토퍼층은 SiC, SiCN, BN, SiN 중의 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 5, wherein the first stopper layer and / or the second stopper layer are formed of any one of SiC, SiCN, BN, and SiN. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 층간절연층은 산화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.4. The method of claim 3, wherein the first interlayer insulating layer is formed of an oxide. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 층간절연층은 SiOC막, 다공성 SiO2막, PSG(phosphorous silicate glass)막, BPSG(boron phosphorous silicate glass)막, USG(undoped silicate glass)막, FSG(fluorine doped silicate glass)막, HDP(high density plasma)막, PE-TEOS(plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate)막 또는SOG(spin on glass)막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 7, wherein the first interlayer insulating layer comprises a SiOC film, a porous SiO 2 film, a phosphorous silicate glass (PSG) film, a boron phosphorous silicate glass (BPSG) film, an undoped silicate glass (USG) film, or a fluorine doped FSG. Forming a silicate glass (HDP) film, a high density plasma (HDP) film, a plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate (PE-TEOS) film or a spin on glass (SOG) film. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 층간절연층은 SiOC막, 다공성 SiO2막, PSG막, BPSG막, USG막, FSG막, HDP막, PE-TEOS막 또는 SOG막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 3, wherein the second interlayer insulating layer is formed of an SiOC film, porous SiO 2 film, PSG film, BPSG film, USG film, FSG film, HDP film, PE-TEOS film or SOG film Metal wiring formation method of a semiconductor device. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 층간절연층 및 제2 층간절연층은 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.4. The method of claim 3, wherein the first interlayer insulating layer and the second interlayer insulating layer are formed of the same material. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 SiCN를 포함하는 카본나이트라이드계 절연물, SiON을 포함하는 옥시나이트라이드계 절연물, SiCON을 포함하는 카본옥시나이트라이드계 절연물, AlN, TaN, TiN을 포함하는 금속질화물, AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물중의 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1, wherein the hard mask layer is a carbon nitride-based insulator including SiCN, an oxynitride-based insulator including SiON, a carbon oxynitride-based insulator including SiCON, AlN, TaN, A metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that formed of any one of metal nitrides including TiN, AlO, TaO, metal oxides including TiO, or a combination thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각과 동시에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 포토레지스트층이 상기 하드마스크층의 저면 이하까지동시에 식각되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1, wherein in the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etching mask, a photoresist layer remaining in the partial via hole at the same time as the etching of the hard mask layer is performed. A metal wiring forming method for a semiconductor device, which is etched simultaneously up to the bottom. 제 12 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각시 상기 포토레지스트층과의 식각선택비가 2:1 미만이 되도록 CF4, CH2F2, CHF3, CH3F, NF3, SF6을 포함한 플루오르 함유가스를 사용하여 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 12, wherein in forming the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etching mask, the etching selectivity with respect to the photoresist layer is less than 2: 1 when the hard mask layer is etched. And etching using a fluorine-containing gas including 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , CH 3 F, NF 3 , and SF 6 . 제 1 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각하기 전에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 포토레지스트층을 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1, wherein the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etch mask comprises forming a photoresist layer remaining in the partial via hole before etching the hard mask layer. Forming a metal wiring of the semiconductor device, characterized in that it further comprises the step of etching to the bottom. 제 14 항에 있어서, 상기 잔류하는 포토레지스트층을 식각하는 단계에서는 산소 함유가스, 질소 함유가스 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 식각가스를 사용하여 수행하는 것을 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.15. The metallization of claim 14, wherein the etching of the remaining photoresist layer is performed using at least one etching gas among an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, and a hydrogen-containing gas. Formation method. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각시 O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 Ar, He, Xe를 포함하는 불활성가스 중의 어느 하나 이상의 가스를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1, wherein the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etch mask comprises oxygen containing O 2 , CO, and CO 2 during etching of the hard mask layer. A method for forming a metal wiring in a semiconductor device, characterized by using any one or more of a gas, a nitrogen-containing gas containing N 2 , N 2 0, or an inert gas containing Ar, He, Xe. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 AlN, TaN, TiN을 포함하는 금속질화물, AlO, TaO, TiO를 포함하는 금속산화물중의 어느 하나의 물질 또는 이들의 조합물질로 형성하며, 상기 하드마스크층의 식각은 Cl2, BCl3를 포함하는 클로라이드 함유가스를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1 or 2, wherein the hard mask layer is formed of any one of metal nitrides including AlN, TaN, TiN, AlO, TaO, TiO, or a combination thereof. And etching the hard mask layer using a chloride-containing gas including Cl 2 and BCl 3 . 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하드마스크층 패턴을 식각마스크로 하여 상기 층간절연층을 식각하는 단계에서는, C4F8, C4F6, C5F8을 포함하는 CxFy계 가스, CH2F2, CH3F를 포함하는 ChxFy계 가스, O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, He, Ar, Xe를 포함하는 불활성가스를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CxFy-based gas according to claim 1 or 2, wherein the interlayer insulating layer is etched using the hard mask layer pattern as an etching mask, wherein the CxFy-based gas includes C 4 F 8 , C 4 F 6 , and C 5 F 8 . , CH 2 F 2 , ChxFy-based gas containing CH 3 F, oxygen-containing gas containing O 2 , CO, CO 2 , nitrogen-containing gas containing N 2 , N 2 0, He, Ar, Xe The metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that performed using an inert gas. 제 2 항에 있어서, 상기 매립물질층은 상기 파셜 비아홀의 일부를 매립하거나 또는 상기 파셜 비아홀을 완전히 매립하면서 동시에 상기 하드마스크층상으로 일정 두께를 유지하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.3. The metal line formation of claim 2, wherein the buried material layer is formed to fill a part of the partial via hole or to completely fill the partial via hole and to maintain a predetermined thickness on the hard mask layer. Way. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각과 동시에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 매립물질이 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 동시에 식각되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 2, wherein in the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etching mask, a buried material remaining in the partial via hole at the same time as the etching of the hard mask layer, is formed on the bottom surface of the hard mask layer. The metal wiring forming method of a semiconductor device characterized in that the etching simultaneously up to. 제 20 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각시 상기 매립물질층과의 식각선택비가 2:1 미만이 되도록 CF4, CH2F2, CHF3, CH3F, NF3, SF6을 포함한 플루오르 함유가스를 사용하여 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.21. The method of claim 20, wherein in forming the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etching mask, the etching selectivity with the buried material layer is less than 2: 1 when the hard mask layer is etched. And etching using a fluorine-containing gas including 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , CH 3 F, NF 3 , and SF 6 . 제 2 항에 있어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 하드마스크 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 하드마스크층의 식각하기 전에 상기 파셜 비아홀내에 잔류하는 매립물질층층을 상기 하드마스크층의 저면 이하까지 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.3. The method of claim 2, wherein the forming of the hard mask pattern using the second photoresist pattern as an etching mask comprises: filling the buried material layer layer remaining in the partial via hole before etching the hard mask layer. Forming a metal wiring of the semiconductor device, characterized in that it further comprises the step of etching to the bottom. 제 22 항에 있어서, 상기 잔류하는 매립물질층을 식각하는 단계에서는 산소 함유가스, 질소 함유가스 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 식각가스를 사용하여 수행하는 것을 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.23. The metallization of claim 22, wherein the etching of the remaining buried material layer is performed using at least one of an etching gas among an oxygen containing gas, a nitrogen containing gas, and a hydrogen containing gas. Formation method. 제 2 항에 있어서, 상기 매립물질층은 탄소계 유기물인 BARC(Bottom Anti-Reflection Coating)막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 2, wherein the buried material layer is a BARC (Bottom Anti-Reflection Coating) film which is a carbon-based organic material. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1 스토퍼층을 제거하는 단계는 CF4, CH2F2, CHF3을 포함한 플루오르 함유가스에 O2, CO, CO2를 포함하는 산소 함유가스, N2, N20를 포함하는 질소 함유가스, 또는 수소 함유가스중의 어느 하나 이상의 가스를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The method of claim 1 or 2, wherein the removing of the first stopper layer comprises an oxygen-containing gas comprising O 2 , CO, CO 2 in a fluorine-containing gas including CF 4 , CH 2 F 2 , CHF 3 , A method for forming metal wiring in a semiconductor device comprising using a mixture of nitrogen-containing gas containing N 2 , N 2 O, or at least one of hydrogen-containing gas.
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