KR20050007641A - Method for forming a copper metal line in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for forming a copper metal interconnection of a semiconductor device is provided to improve connection reliability between upper and lower copper metal interconnections by eliminating a copper layer re-deposited on the inner sidewall of a via hole formed by an RF(radio frequency) sputter cleaning process by a cleaning process using a fluorine-based solution. CONSTITUTION: A diffusion barrier layer(18) and an interlayer dielectric are formed on a semiconductor substrate(10) having a lower copper metal interconnection. The interlayer dielectric is patterned to form a via hole by an etch process using a via hole etch mask. The via hole etch mask is removed by a strip process using oxygen gas. An ARC(anti-reflective coating) is deposited to fill the via hole. A trench(32) is formed by an etch process using a trench etch mask. The trench etch mask and the ARC are removed to expose a part of the diffusion barrier layer by a strip process using the oxygen gas. The exposed diffusion barrier layer is removed to expose the lower copper metal interconnection by an etch process. The byproduct remaining the upper surface of the exposed lower copper metal interconnection is eliminated by an RF sputter cleaning process. The copper layer formed on the inner sidewall of the via hole by the RF sputter cleaning process is eliminated by a cleaning process using a fluorine-based solution. An upper copper metal interconnection is formed to fill the via hole and the trench.

Description

반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법{Method for forming a copper metal line in semiconductor device}Method for forming a copper metal line in semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 상하부 구리 금속배선의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a copper metal wiring of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a copper metal wiring of a semiconductor device capable of improving connection reliability of upper and lower copper metal wiring.

반도체 소자 또는 전자 소자 등에 있어서는, 금속배선 형성기술로서 절연막 상에 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W) 등과 같은 도전체막이 증착된 후, 상기 도전체막이 통상의 포토리소그래피(photolithography) 공정 및 건식식각(dry etching) 공정을 통해 패터닝됨으로써 금속배선이 형성되는 기술이 확립되어 이 분야에서 널리 이용되고 있다.In a semiconductor device or an electronic device, a conductor film such as aluminum (Al) or tungsten (W) is deposited on an insulating film as a metal wiring forming technique, and then the conductor film is subjected to a conventional photolithography process and dry etching ( The technique of forming metal wiring by patterning through dry etching process has been established and widely used in this field.

최근에는 반도체 소자 중에서 고집적화와 고성능화가 요구되는 로직(logic) 소자를 중심으로 해서 RC 지연을 줄이기 위한 일환으로 알루미늄 또는 텅스텐 대신에 구리(Cu)와 같이 비저항이 낮은 금속을 배선으로 이용하는 방법이 연구되고 있다. 상기 RC에서, 'R'은 배선 저항을 나타내고, 'C'는 절연막의 유전율을 나타낸다.Recently, as a way to reduce the RC delay centering on logic devices that require high integration and high performance among semiconductor devices, a method of using a low-resistance metal such as copper (Cu) as a wiring instead of aluminum or tungsten has been studied. have. In RC, 'R' represents wiring resistance, and 'C' represents dielectric constant of the insulating film.

구리를 이용한 금속배선 형성공정에서는 알루미늄 또는 텅스텐에 비해 패터닝 공정이 어렵다. 이에 따라, 먼저 트렌치(trench)를 형성한 후 상기 트렌치가 매립되도록 금속배선을 형성하는 소위 '다마신(damascene)' 공정이 사용되고 있다.현재 일반적으로 사용되는 공정으로는 싱글 다마신 공정(single damascene)과 듀얼 다마신 공정(Dual damascene)이 있다. 싱글 다마신 공정은 비아홀(via hole)을 형성한 후 도전재료로 상기 비아홀을 매립하고 그 상부에 배선용 트렌치를 형성한 후 다시 배선재료로 상기 트렌치를 매립하여 금속배선을 형성하는 방법이다. 듀얼 다마신 공정은 비아홀과 배선용 트렌치를 형성한 후 배선재료를 동시에 비아홀과 배선용 트렌치를 매립하여 금속배선을 형성하는 방법이다. 이 외에도 다양한 방법들이 제시되고 있다.In the metallization process using copper, the patterning process is more difficult than aluminum or tungsten. Accordingly, a so-called 'damascene' process is used in which a trench is first formed and a metal wiring is formed to fill the trench. A single damascene process is currently used. ) And dual damascene process. The single damascene process is a method of forming a via hole and then filling the via hole with a conductive material, forming a wiring trench on the upper portion thereof, and then filling the trench with a wiring material to form a metal wiring. The dual damascene process is a method for forming metal vias by forming via holes and wiring trenches and then filling the wiring material with via holes and wiring trenches at the same time. In addition, various methods are suggested.

그러나, 구리는 라디칼(radical) 등과의 반응으로 인한 휘발성 부산물(volatile by-product)로의 생성이 어려워 건식식각공정 자체가 어렵다. 또한, 고온에서 고주파 스퍼터 클리닝(RF sputter cleaning) 공정을 진행하는 경우에도 도 1에 도시된 바와 같이 하부 구리 금속배선(A)이 비아홀(via hole; B) 주위로 재증착(redeposition) 및 응집(agglomeration)되는 현상이 발생되고, 이로 인하여, 비아홀의 저항이 상승된다. 또한, 후속의 열처리공정(예컨대, 300℃ 내지 400℃ 정도의 온도에서 실시)에 의해 구리 금속배선에 보이드(void)가 형성되는 등, 구리 금속배선의 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생된다.However, copper is difficult to produce as volatile by-products due to reaction with radicals and the like, and thus, the dry etching process itself is difficult. In addition, even when the RF sputter cleaning process is performed at a high temperature, as shown in FIG. 1, the lower copper metal wiring A is redeposited and aggregated around the via hole B. agglomeration) occurs, thereby increasing the resistance of the via hole. Further, a problem arises in that the reliability of the copper metal wiring is lowered, such as voids being formed in the copper metal wiring by a subsequent heat treatment process (for example, at a temperature of about 300 ° C to 400 ° C).

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 상하부 구리 금속배선의 접속 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다.Therefore, a preferred embodiment of the present invention is to improve the connection reliability of the upper and lower copper metal wiring.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming a copper metal wiring of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.

도 7은 종래기술에서 고주파 스퍼터 클리닝공정(RF sputter cleaning)시 비아홀(via hole)의 내측벽에 재증착되는 구리층 및 후속 공정후의 응집현상을 보여주기 위한 SEM(Scanning Electron Microscope) 및 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진이다.FIG. 7 is a SEM (Scanning Electron Microscope) and TEM (Transmission) for showing the cohesion after the copper layer and the subsequent process of redepositing the inner wall of the via hole during the RF sputter cleaning process in the prior art; Electron Microscope).

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10 : 반도체 기판 12 : 반도체 구조물층10 semiconductor substrate 12 semiconductor structure layer

14 : 제1 층간절연막 16 : 하부 구리 금속배선14: first interlayer insulating film 16: lower copper metal wiring

18 : 확산방지막 20 : 제2 층간절연막18 diffusion barrier film 20 second interlayer insulating film

22 : 캡핑층 24 : 비아홀22: capping layer 24: via hole

26 : 측벽 산화막 28 : 반사방지막26 sidewall oxide film 28 antireflection film

30 : 트렌치 식각 마스크 32 : 트렌치30: trench etching mask 32: trench

본 발명의 일측면에 따르면, 하부 구리 금속배선이 형성된 반도체 기판 상에 확산방지막 및 층간절연막이 형성되는 단계와, 비아홀 식각 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 층간절연막이 패터닝되어 비아홀이 형성되는 단계와, 산소 가스를 이용한 스트립 공정을 통해 상기 비아홀 식각 마스크가 제거되는 단계와, 상기 비아홀이 매립되도록 반사방지막이 증착되는 단계와, 트렌치 식각 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 트렌치가 형성되는 단계와, 상기 산소 가스를 이용한 스트립 공정을 통해 상기 트렌치 식각 마스크 및 상기 반사방지막이 제거되어 상기 확산방지막의 일부가 노출되는 단계와, 상기 단계에서 노출되는 상기 확산방지막을 식각공정을 통해 제거하여 상기 하부 구리 금속배선이 노출되는 단계와, 고주파 스퍼터 클리닝공정을 통해 노출되는 상기 하부 구리 금속배선의 상부 표면에 잔류되는 부산물이 제거되는 단계와, 상기 고주파 스퍼터 클리닝공정에 의해 상기 비아홀의 내측벽에 형성되는 구리층이 불소계 용액을 이용한 세정공정을 통해 제거되는 단계와, 상기 비아홀 및 상기 트렌치가 매립되도록 상부 구리 금속배선이 형성되는 단계를 포함하는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a step of forming a diffusion barrier and an interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which the lower copper metal wiring is formed, and forming a via hole by patterning the interlayer insulating film through an etching process using a via hole etching mask; Removing the via hole etching mask through a strip process using oxygen gas, depositing an antireflection film to fill the via hole, and forming the trench through an etching process using a trench etching mask; The trench etching mask and the anti-reflection film are removed by using a strip process using oxygen gas to expose a portion of the diffusion barrier, and the diffusion barrier exposed in the step is removed through an etching process to remove the lower copper metallization. This exposed step and the high frequency sputter cleaning process Removing by-products remaining on the upper surface of the lower copper metal wires exposed through the copper, and removing the copper layer formed on the inner wall of the via hole by the high frequency sputter cleaning process through a cleaning process using a fluorine-based solution. And forming an upper copper metal wiring such that the via hole and the trench are filled with the copper metal wiring of the semiconductor device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법을 설명하기 위하여 도시된 단면도들이다. 여기서, 도 1 내지 도 6에 도시된 참조부호들 중 서로 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소이다.1 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of forming a copper metal wiring of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention. Here, the same reference numerals among the reference numerals shown in FIGS. 1 to 6 are the same components having the same function.

도 1을 참조하면, 소정의 반도체 구조물층(12)이 형성된 반도체 기판(10)이 제공된다. 여기서, 상기 반도체 구조물층(12)은 트랜지스터, 메모리 셀, 캐패시터, 접합층 및 도전층 등이 포함될 수 있다. 이후, 상기 반도체 구조물층(12) 상에는 저유전 물질로, 예컨대, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate), USG(Un-doped Silicate Glass), FSG(Fluorinated Silicate Glass), 실리콘 산화물, 불소 함유 실리콘 산화물 또는 불소 함유 산화물 등을 이용하여 절연막(이하, '제1 층간절연막'이라 함)(14)이 증착된다. 일반적으로, 불소 함유 실리콘 산화물은 실리콘 산화물보다 낮은 유전율을 가지며, 이러한 유전율은 불소 함유량을 조절하여 그 제어가 가능하다. 상기 제1 층간절연막(14)이 형성된 후, 리소그래피 공정을 실시하여 상기 제1 층간절연막(14)에 콘택홀(미도시)이 형성되고, 상기 콘택홀이 매립되도록 하부 구리 금속배선(16)이 순차적으로 형성된다. 한편, 하부 금속배선(16)이 증착되기전 상기 콘택홀의 내부면에는 베리어막이 형성될 수 있으며, 이때, 상기 베리어막은 Ta, TaN, TaAlN, TaSiN, TaSi2, Ti, TiN, TiSiN, WN, Co 및 CoSi2중 어느 하나로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a semiconductor substrate 10 having a predetermined semiconductor structure layer 12 formed thereon is provided. The semiconductor structure layer 12 may include a transistor, a memory cell, a capacitor, a junction layer, a conductive layer, and the like. Subsequently, on the semiconductor structure layer 12, as a low dielectric material, for example, PLAEOS (Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate), USG (Un-doped Silicate Glass), FSG (Fluorinated Silicate Glass), silicon oxide, fluorine-containing silicon oxide Alternatively, an insulating film (hereinafter referred to as 'first interlayer insulating film') 14 is deposited using fluorine-containing oxide or the like. In general, fluorine-containing silicon oxide has a lower dielectric constant than silicon oxide, and the dielectric constant can be controlled by adjusting the fluorine content. After the first interlayer insulating layer 14 is formed, a lithography process is performed to form contact holes (not shown) in the first interlayer insulating layer 14, and the lower copper metal wiring 16 is embedded to fill the contact holes. Are formed sequentially. Meanwhile, a barrier film may be formed on an inner surface of the contact hole before the lower metal wiring 16 is deposited. In this case, the barrier film may include Ta, TaN, TaAlN, TaSiN, TaSi 2 , Ti, TiN, TiSiN, WN, Co. And CoSi 2 .

상기 하부 구리 금속배선(16)이 형성된 후, 전체 구조 상부에는확산방지막(18), 제2 층간절연막(20) 및 캡핑층(capping layer; 22)이 순차적으로 형성된다. 확산방지막(18)은 질화막(예컨대, SiN), 질산화막(예컨대, SiON), 탄화막(예컨대, SiC) 및 산화막(예컨대, SiO2) 중 어느 하나의 막으로 형성되거나, 상기 막들이 적어도 이중 구조로 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 200Å 내지 1500Å의 두께로 형성된다. 제2 층간절연막(20)은 유전상수가 2.5 내지 4.3 대역을 갖는 막으로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, OSG(Organo Silicate Glass)막으로 형성되고, 5000Å 내지 20000Å의 두께로 형성된다. 캡핑층(22)은 질화막(예컨대, SiN), 질산화막(예컨대, SiON), 탄화막(예컨대, SiC) 및 산화막(예컨대, SiO2) 중 어느 하나의 막으로 형성되거나, 상기 막들이 적어도 이중 구조로 적층된 구조로 형성될 수 있으며, 500Å 내지 3000Å의 두께로 형성된다. 한편, 상기 제2 층간절연막(20)의 중간에는 물질의 종류 및 두께에 상관없이 식각정지층(etch stop layer; 미도시)가 형성될 수 있다.After the lower copper metallization 16 is formed, a diffusion barrier 18, a second interlayer insulating film 20, and a capping layer 22 are sequentially formed on the entire structure. The diffusion barrier 18 is formed of any one of a nitride film (eg, SiN), a nitride oxide film (eg, SiON), a carbide film (eg, SiC), and an oxide film (eg, SiO 2 ), or the films are at least doubled. It may be formed of a laminated structure, the structure is formed to a thickness of 200 ~ 1500Å. The second interlayer insulating film 20 is preferably formed of a film having a dielectric constant of 2.5 to 4.3 band. For example, it is formed of an OSG (Organo Silicate Glass) film and is formed to a thickness of 5000 kPa to 20000 kPa. The capping layer 22 is formed of one of a nitride film (eg, SiN), a nitride oxide film (eg, SiON), a carbide film (eg, SiC), and an oxide film (eg, SiO 2 ), or the films are at least doubled. It may be formed of a laminated structure, the structure is formed to a thickness of 500Å to 3000Å. Meanwhile, an etch stop layer (not shown) may be formed in the middle of the second interlayer insulating layer 20 regardless of the type and thickness of the material.

도 2를 참조하면, 도 1에서 캡핑층(22)이 형성된 후 듀얼 다마신 공정을 진행된다. 여기서는, 선(先)비아 방식으로 진행된다. 전체 구조 상부에는 포토레지스트(photoresist; 미도시)가 도포된 후 포토 마스크(photomask)를 이용한 노광공정 및 현상공정을 순차적으로 실시하여 포토레지스트 패턴(이하, '비아홀 식각 마스크'라 함)(미도시)이 형성된다. 이어서, 상기 비아홀 식각 마스크를 이용한 식각공정을 실시하여 비아홀(24)이 형성된다. 이때, 상기 식각공정은 건식식각방식으로 실시되고, CxFyHz(x,y,z는 0 또는 자연수) 가스를 주(main) 식각가스로 이용하고,O2, N2, SF6, Ar, He 등의 첨가가스를 이용하여 실시된다. 이로써, 상기 비아홀(24)을 통해 확산방지막(18)의 일부가 노출된다. 이어서, 산소(O2) 가스를 이용한 스트립 공정(strip)을 통해 상기 비아홀 식각 마스크는 제거된다. 이때, 스트립 공정시 사용되는 산소 가스에 의해 비아홀(24)을 통해 노출되는 제2 층간절연막(20)의 측벽에 부산물로 측벽 산화막(26)이 비교적 두껍게(예컨대, 5Å 내지 100Å의 두께) 형성되도록 상기 스트립 공정은 40℃ 내지 300℃의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, after the capping layer 22 is formed in FIG. 1, a dual damascene process is performed. Here, the process proceeds in a pre-via manner. After the photoresist (not shown) is applied on the entire structure, a photoresist pattern (hereinafter referred to as a "via hole etching mask") is sequentially performed by sequentially performing an exposure process and a developing process using a photomask. ) Is formed. Next, a via hole 24 is formed by performing an etching process using the via hole etching mask. In this case, the etching process is carried out by a dry etching method, using C x F y H z (x, y, z is 0 or natural water) gas as the main etching gas, O 2 , N 2 , SF 6 It is carried out using additive gases such as, Ar, He and the like. As a result, a portion of the diffusion barrier 18 is exposed through the via hole 24. Subsequently, the via hole etching mask is removed through a strip using oxygen (O 2 ) gas. At this time, the sidewall oxide layer 26 is formed to be relatively thick (for example, 5 kPa to 100 kPa) as a by-product on the sidewall of the second interlayer insulating film 20 exposed through the via hole 24 by the oxygen gas used in the strip process. The strip process is preferably carried out at a temperature of 40 ℃ to 300 ℃.

도 3을 참조하면, 상기 비아홀(24)이 매립되도록 반사방지막(28)이 형성된다. 이때, 반사방지막(28)은 유기물(organic)로 300Å 내지 1600Å의 두께로 형성되거나, SiN, SiC 또는 SiON막 등으로 300Å 내지 1500Å의 두께로 형성될 수 있다. 또는, 유기물과, SiN, SiC 또는 SiON막의 적층 구조로 형성될 수 있다. 이러한 반사방지막(28)은 후속 트렌치(trench) 형성공정시 하부 구리 금속배선(16)이 손상(damage)되는 것을 방지하는 기능을 하기도 한다. 이후, 전체 구조 상부에는 포토레지스트(미도시)가 도포된 후 포토 마스크를 이용한 노광공정 및 현상공정을 순차적으로 실시하여 포토레지스트 패턴(이하, '트렌치 식각 마스크'라 함)(30)이 형성된다. 이어서, 상기 트렌치 식각 마스크(30)를 이용한 식각공정을 실시하여 트렌치(trench; 32)가 형성된다. 이때, 상기 식각공정은 도 2에서 설명한 비아홀(24) 식각공정과 동일한 방법으로 실시될 수 있으며, 또는 CxFyHz가스에 x,y,z의 비율을 다르게 조정하여 확산방지막(18)에 대한 식각 선택비를 높이거나 낮추도록 조정할수도 있다.Referring to FIG. 3, an anti-reflection film 28 is formed to fill the via hole 24. In this case, the anti-reflection film 28 may be formed of an organic material with a thickness of 300 kPa to 1600 kPa, or may be formed of a SiN, SiC, or SiON film with a thickness of 300 kPa to 1500 kPa. Alternatively, the organic material may be formed in a stacked structure of an SiN, SiC, or SiON film. The anti-reflection film 28 may also function to prevent the lower copper metal wiring 16 from being damaged during the subsequent trench formation process. Subsequently, after the photoresist (not shown) is coated on the entire structure, a photoresist pattern (hereinafter referred to as a trench etch mask) 30 is sequentially formed by sequentially performing an exposure process and a development process using a photomask. . Next, a trench 32 is formed by performing an etching process using the trench etching mask 30. In this case, the etching process may be performed in the same manner as the etching process of the via hole 24 described in FIG. 2, or by adjusting the ratio of x, y, z to C x F y H z gas differently. It can also be adjusted to increase or decrease the etch selectivity for.

도 4를 참조하면, 도 3에서 트렌치(30)가 형성된 후, 산소 가스를 이용한 스트립 공정을 통해 상기 트렌치 식각 마스크(28)는 제거된다. 이때, 상기 스트립 공정은 구리 금속배선 간의 유전상수를 높이지 않도록 하기 위하여 150℃ 이하의 온도에서 실시되는 것이 바람직하다. 예컨대, 50℃ 내지 150℃의 온도에서 실시된다.이러한 스트립 공정을 통해 도 3에서 잔류되는 반사방지막(28)은 제거된다. 이어서, 비아홀(24)을 통해 노출되는 확산방지막(18)은 식각공정을 통해 제거된다. 이때, 상기 식각공정은 CxFyHz가스를 주 식각가스로 이용하고, O2, N2, SF6, Ar, He 등의 첨가가스를 이용하여 실시된다. 이 경우, y 또는 z의 비율(ratio)을 높이거나, O2, N2가스 등의 첨가량을 증가시켜 C/F 비율이 감소되도록 실시되는 것이 바람직하다. 이로써, 비아홀(24)을 통해 하부 구리 금속배선(16)의 일부가 노출된다.Referring to FIG. 4, after the trench 30 is formed in FIG. 3, the trench etch mask 28 is removed through a strip process using oxygen gas. In this case, the strip process is preferably carried out at a temperature of 150 ℃ or less in order not to increase the dielectric constant between the copper metal wiring. For example, it is carried out at a temperature of 50 ° C to 150 ° C. Through this stripping process, the antireflective film 28 remaining in FIG. Subsequently, the diffusion barrier 18 exposed through the via hole 24 is removed through an etching process. In this case, the etching process is performed using C x F y H z gas as the main etching gas, and using additive gases such as O 2 , N 2 , SF 6 , Ar, He, and the like. In this case, it is preferable that the C / F ratio is reduced by increasing the ratio of y or z, or by increasing the addition amount of O 2 , N 2 gas or the like. As a result, a part of the lower copper metal wiring 16 is exposed through the via hole 24.

도 5를 참조하면, 도 4에서 노출되는 상기 하부 구리 금속배선(16)의 상부 표면에 잔류되는 식각 잔류물, 부산물 또는 하부 구리 금속배선(16)의 상부 표면이 산화되어 형성된 구리 산화막 등을 제거하기 위하여 고주파 스퍼터 클리닝공정이 실시된다. 이때, 상기 고주파 스퍼터 클리닝공정은 소스(source) 가스에 한정되는 것이 아니며, 플라즈마(plasma)를 이용하여 건식방식으로 실시된다. 이러한 고주파 스퍼터 클리닝공정에 의해 도 5에 도시된 'A'와 같이 하부 구리 금속배선(16)의 구리 원자들이 비아홀(24)의 내측벽에 재증착되기도 한다.Referring to FIG. 5, an etching residue, a by-product, or a copper oxide layer formed by oxidizing an upper surface of the lower copper metal interconnection 16 remaining on the upper surface of the lower copper metal interconnection 16 exposed in FIG. 4 is removed. In order to achieve this, a high frequency sputter cleaning process is performed. In this case, the high frequency sputter cleaning process is not limited to the source gas, but is carried out in a dry manner using plasma. By the high frequency sputter cleaning process, copper atoms of the lower copper metal wire 16 may be redeposited on the inner wall of the via hole 24 as shown in FIG. 5.

도 6을 참조하면, 도 5에서 고주파 스퍼터 클리닝공정에 의해 비아홀(24)의내측벽에 재증착되는 구리원자를 제거(lift-off)하기 위하여 세정공정이 실시된다. 이때, 상기 세정공정은 HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 등의 불소계 용액이 이용된다. 이러한 세정공정을 통해 제2 층간절연막(20)의 내측벽에 형성된 측벽 산화막(26) 또한 제거된다. 이후, 일반적인 공정을 통해 비아홀(24) 및 트렌치(32) 내에는 상부 구리 금속배선(미도시)이 형성된다.Referring to FIG. 6, a cleaning process is performed to lift-off copper atoms redeposited on the inner wall of the via hole 24 by a high frequency sputter cleaning process in FIG. 5. At this time, the cleaning process is a fluorine-based solution such as HF or BOE (Buffered Oxide Etchant). Through this cleaning process, the sidewall oxide film 26 formed on the inner wall of the second interlayer insulating film 20 is also removed. Thereafter, an upper copper metal wiring (not shown) is formed in the via hole 24 and the trench 32 through a general process.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 듀얼 다마신 패턴 형성공정을 선(先)비아 방식으로 진행하고 있으나, 이는 일례로서 후(後)비아 방식, 자기정렬방식(self aligned) 또는 하드 마스크(hard mask)를 이용한 식각방식으로도 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In particular, in the preferred embodiment of the present invention, the dual damascene pattern forming process is performed in a pre-via method, which is an example of a post-via method, a self aligned method, or a hard mask. It is also applicable to the etching method using). In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 트렌치(trench)가 형성된 후 하부 구리 금속배선의 상부 표면에 잔류되는 부산물들을 제거하기 위하여 실시되는 고주파 스퍼터 클리닝공정(RF sputter cleaning)에 의해 비아홀(via hole)의 내측벽에 재증착되는 구리층을 불소계 용액을 이용한 세정공정을 통해 제거함으로써 후속 공정을 통해 형성되는 상부 구리 금속배선과 하부 구리 금속배선 간의 접속을 용이하게할 수 있다. 이로써, 상하부 구리 금속배선 간의 접속 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.As described above, according to the present invention, after the trench is formed, via holes are formed by RF sputter cleaning performed to remove by-products remaining on the upper surface of the lower copper metallization. By removing the copper layer redeposited on the inner wall of the through a cleaning process using a fluorine-based solution, it is possible to facilitate the connection between the upper copper metal wiring and the lower copper metal wiring formed through the subsequent process. Thereby, it is possible to improve the connection reliability between upper and lower copper metal wiring.

Claims (6)

(a) 하부 구리 금속배선이 형성된 반도체 기판 상에 확산방지막 및 층간절연막이 형성되는 단계;(a) forming a diffusion barrier layer and an interlayer dielectric layer on the semiconductor substrate on which the lower copper metallization is formed; (b) 비아홀 식각 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 층간절연막이 패터닝되어 비아홀이 형성되는 단계;(b) forming a via hole by patterning the interlayer insulating layer through an etching process using a via hole etching mask; (c) 산소 가스를 이용한 스트립 공정을 통해 상기 비아홀 식각 마스크가 제거되는 단계;(c) removing the via hole etching mask through a strip process using oxygen gas; (d) 상기 비아홀이 매립되도록 반사방지막이 증착되는 단계;(d) depositing an anti-reflection film to fill the via holes; (e) 트렌치 식각 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 트렌치가 형성되는 단계;(e) forming the trench through an etching process using a trench etching mask; (f) 상기 산소 가스를 이용한 스트립 공정을 통해 상기 트렌치 식각 마스크 및 상기 반사방지막이 제거되어 상기 확산방지막의 일부가 노출되는 단계;(f) removing the trench etching mask and the anti-reflection film through a strip process using the oxygen gas to expose a portion of the diffusion barrier; (g) 상기 (f) 단계에서 노출되는 상기 확산방지막을 식각공정을 통해 제거하여 상기 하부 구리 금속배선이 노출되는 단계;(g) exposing the lower copper metal wiring by removing the diffusion barrier film exposed in the step (f) through an etching process; (h) 고주파 스퍼터 클리닝공정을 통해 노출되는 상기 하부 구리 금속배선의 상부 표면에 잔류되는 부산물이 제거되는 단계;(h) removing by-products remaining on the upper surface of the lower copper metal wire exposed through the high frequency sputter cleaning process; (i) 상기 고주파 스퍼터 클리닝공정에 의해 상기 비아홀의 내측벽에 형성되는 구리층이 불소계 용액을 이용한 세정공정을 통해 제거되는 단계; 및(i) removing the copper layer formed on the inner wall of the via hole by the high frequency sputter cleaning process through a cleaning process using a fluorine-based solution; And (j) 상기 비아홀 및 상기 트렌치가 매립되도록 상부 구리 금속배선이 형성되는 단계를 포함하는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법.(J) forming the upper copper metal wiring so that the via hole and the trench is buried. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층간절연막이 유전상수가 2.5 내지 4.3 대역의 막으로 형성되는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법.And wherein the interlayer insulating film is formed of a film having a dielectric constant of 2.5 to 4.3 band. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층간절연막 상에는 질화막, 질산화막, 탄화막 및 산화막 중 적어도 어느 하나의 막으로 이루어진 캡핑층이 형성되는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법.And forming a capping layer made of at least one of a nitride film, an oxynitride film, a carbide film, and an oxide film on the interlayer insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (c) 단계에서 상기 스트립 공정은 상기 산소 가스에 의해 상기 비아홀을 통해 노출되는 상기 층간절연막의 측벽에 부산물로 측벽 산화막이 두껍게 형성되도록 40℃ 내지 300℃의 온도에서 실시되는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법.In the step (c), the stripping process is performed at a temperature of 40 ° C. to 300 ° C. such that a sidewall oxide film is formed as a by-product on the sidewall of the interlayer insulating film exposed through the via hole by the oxygen gas. Wiring formation method. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 측벽 산화막이 5Å 내지 100Å의 두께로 형성되는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법.A copper metal wiring forming method for a semiconductor device, wherein the sidewall oxide film is formed to a thickness of 5 kPa to 100 kPa. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고주파 스퍼터 클리닝공정은 플라즈마(plasma)를 이용하여 건식방식으로 실시되는 반도체 소자의 구리 금속배선 형성방법.The high frequency sputter cleaning process is a method of forming a copper metal wiring of a semiconductor device is carried out in a dry manner using a plasma (plasma).
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