KR20060074505A - Method for fabricating dmascene pattern in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 패턴 형성 방법은, 반도체 기판의 상부에 산화막, 도전막 및 식각 방지막을 순차 형성하는 단계와, 식각 방지막의 상부에 층간 절연막 및 제 1 반사 방지막을 순차적으로 형성하는 단계와, 제 1 반사 방지막의 상부에 트렌치 영역을 정의하기 위한 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제 1 포토레지스트 패턴에 맞추어서 제 1 반사 방지막을 식각함과 더불어 층간 절연막을 소정 깊이까지 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 제 1 포토레지스트 패턴과 제 1 반사 방지막을 제거함과 더불어 트렌치가 형성된 층간 절연막의 표면에 제 2 반사 방지막을 형성하는 단계와, 트렌치 내에 비아홀 영역을 정의하기 위해 제 2 반사 방지막의 상부에 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제 2 포토레지스트 패턴에 맞추어서 제 2 반사 방지막 및 층간 절연막을 식각 정지막이 드러날 때까지 식각하여 층간 절연막 상에 비아홀을 형성하는 단계와, 제 2 포토레지스트 패턴과 제 2 반사 방지막을 제거하여 트렌치와 비아홀로 이루어진 다마신 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.The method for forming a damascene pattern of a semiconductor device according to the present invention includes sequentially forming an oxide film, a conductive film, and an etch stop film on an upper portion of a semiconductor substrate, and sequentially forming an interlayer insulating film and a first antireflection film on an etch stop film. And forming a first photoresist pattern on the first anti-reflection film to define the trench region, etching the first anti-reflection film in accordance with the first photoresist pattern, and etching the interlayer insulating film to a predetermined depth. Forming a trench, removing the first photoresist pattern and the first antireflection film, and forming a second antireflection film on the surface of the interlayer insulating film on which the trench is formed, and defining a via hole region in the trench. Forming a second photoresist pattern on the anti-reflection film, and matching the second photoresist pattern Next, the second anti-reflection film and the interlayer insulating film are etched until the etch stop layer is exposed to form via holes on the interlayer insulating film, and the second photoresist pattern and the second anti-reflection film are removed to remove the damascene pattern formed of the trench and the via hole. Forming a step.
이와 같이, 본 발명은 폴리머 형태의 반사 방지막을 이용하여 다마신 패턴을 형성함으로서, 다마신 공정의 신뢰성을 확보할 수 있어 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention forms a damascene pattern using an anti-reflection film in a polymer form, thereby ensuring the reliability of the damascene process and improving the yield of the semiconductor process.
Description
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 패턴 형성 과정을을 도시한 공정 단면도들이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a process of forming a damascene pattern of a semiconductor device according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 다마신 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a damascene pattern of a semiconductor device.
최근 LSI, ULSI로 대표되는 반도체 분야에 있어서의 배선 재료로서는, 종래 이용되고 있는 알루미늄을 이용한 배선보다도 배선 저항이 낮고 또 일렉트로마이그레이션(eletro-migration)이나 스트레스 마이그레이션(stress-migration) 등의 내성이 높은 구리를 이용한 배선에 관한 검토가 진행되고 있다. 이것은 적층도의 향상에 따른 미세화의 진전이나 동작 스피드의 향상 등이 진행되어 오고 있기 때문이다.As wiring materials in the semiconductor field represented by LSI and ULSI in recent years, wiring resistance is lower than that of aluminum-based wiring, which is conventionally used, and has higher resistance to electromigration, stress migration, and the like. Examination about the wiring using copper is progressing. This is because the progress of miniaturization, the improvement of the operation speed, etc. are progressing with the improvement of lamination degree.
배선재료로서 동은 상술한 바와 같이 종래의 배선 재료인 Al과 비교하여 저저항성, 내마이그레이션성이 우수하므로 차세대 배선 재료로서 기대되고 있다.As a wiring material, copper is expected as a next-generation wiring material because it has superior low resistance and migration resistance as compared with Al, which is a conventional wiring material as described above.
그러나, 종래의 미세 배선의 형성에 이용되어 온 포토리소그래피에 의한 마스킹이나 반응성 이온 에칭법 등의 조합으로는 구리를 이용한 미세 배선을 형성하는 것은 어렵다. 그것은 구리의 할로게화물은 증기압이 낮기 즉, 증발하기 어렵기 때문이다. 즉 구리를 이용하여 미세 배선을 형성하고자 한 경우 상기의 에칭에 의해 형성되는 할로겐 화물을 휘발시켜 제거하기 위해서, 프로세스온도로서 200∼300℃에서의 에칭 처리가 필요해진다. 따라서 구리 배선의 에칭에 의한 미세 가공은 어렵다.However, it is difficult to form fine wirings using copper by a combination of photolithography, reactive ion etching, or the like which has been used to form conventional fine wirings. It is because halides of copper are low in vapor pressure, that is, difficult to evaporate. That is, when a fine wiring is to be formed using copper, an etching process at 200 to 300 ° C. is required as the process temperature in order to volatilize and remove the halide formed by the above etching. Therefore, microfabrication by etching of copper wiring is difficult.
구리를 이용한 미세 배선의 형성 수법으로서는 다마신법이 있다. 다마신 방법으로는 비아홀을 먼저 형성하고 트렌치를 형성하는 방법과 트렌치를 형성한 다음 비아홀을 형성하는 방법이 있다.As the formation method of the fine wiring using copper, there is a damascene method. As a damascene method, a via hole is first formed and a trench is formed, and a trench is formed and then a via hole is formed.
첫 번째 방법은 비아홀의 크기가 작고 깊은 홀을 형성이 어려울 뿐만 아니라 많은 양의 폴리머의 사용으로 식각 공정 시 식각 정지되는 문제가 있다.The first method has a problem that the via hole is small in size and difficult to form a deep hole, and the etching stops during the etching process due to the use of a large amount of polymer.
이러한 문제를 피하기 위해, 트렌치를 먼저 형성하는 방법이 있는데, 이 방법은 트렌치를 형성하는 식각 공정 이후 트렌치 내부에 두꺼운 반사 방지막을 매립하기 하기 때문에 이를 제거하기 위해서 과도한 식각 타겟이 요구되어지고 이후 작은 사이즈의 비아홀 형성이 어렵다.In order to avoid this problem, there is a method of forming a trench first. Since this method embeds a thick anti-reflection film inside the trench after the etching process of forming the trench, an excessive etching target is required to remove it, and then a small size Via holes are difficult to form.
다마신 공정에서 반사 방지막(ARC : Anti-Reflective Coating)은 두 가지 형태로 사용되는데, 그 중 한 가지는 PEP(Photo Engraving Process, 이른바 photo-lithography)를 이용하는 방식으로서 액체 상태의 용액을 트랙 장비를 이용하여 코팅하는 방식이고, 또 다른 한 가지는 산화 질화막을 반사방지막의 상부에 증착시킨 후 그 위에 PEP 공정을 진행하는 것이다.In the damascene process, anti-reflective coatings (ARC) are used in two forms, one of which uses a photo-engraving process (PEP). Another method is to deposit an oxynitride film on top of the anti-reflection film and then perform a PEP process thereon.
그러나, 첫 번째 방법은 웨이퍼 상부의 단차에 따라 낮은 곳에는 두껍게 도포되고, 단차가 높은 곳은 얇게 도포되어, 반사 방지막 식각의 타겟은 두꺼운 영역을 기준으로 건식 식각 타겟을 정하게 되는데, 이때 건식 식각 특성상 낮은 선택비 문제로 인하여 패턴의 변형이 크게 발생되는 문제점이 있고, 산화 질화막을 사용하는 방법은 선택비는 좋지만 제거가 용이하지 않은 문제로 이후 연결 등에 어려움을 주는 등의 문제점이 있다.However, in the first method, a thick coating is applied at a low level and a thin coating is applied at a high step according to the step height of the wafer, so that the target of the anti-reflection film etching is a dry etching target based on a thick area. Due to the low selectivity problem, there is a problem in that the deformation of the pattern is large, and the method of using an oxynitride film has a problem such as difficulty in connection since the selectivity is good but not easy to remove.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리머 형태의 반사 방지막을 이용하여 다마신 패턴을 형성함으로서, 다마신 공정의 신뢰성을 확보할 수 있어 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 다마신 패턴 형성 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve this problem of the prior art, by forming a damascene pattern using a polymer anti-reflection film, it is possible to ensure the reliability of the damascene process to improve the yield of the semiconductor process The present invention provides a method for forming a damascene pattern of a semiconductor device.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 기판의 상부에 산화막, 도전막 및 식각 방지막을 순차 형성하는 단계와, 상기 식각 방지막의 상부에 층간 절연막 및 제 1 반사 방지막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제 1 반사 방지막의 상부에 트렌치 영역을 정의하기 위한 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토레지스트 패턴에 맞추어서 상기 제 1 반사 방지막을 식각함과 더불어 상기 층간 절연막을 소정 깊이까지 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토레지스트 패턴과 제 1 반사 방지막을 제거함과 더불어 상기 트렌치가 형성된 층간 절연막의 표면에 제 2 반사 방지막을 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내에 비아홀 영역을 정의하기 위해 상기 제 2 반사 방지막의 상부에 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토레지스트 패턴에 맞추어서 상기 제 2 반사 방지막 및 층간 절연막을 상기 식각 정지막이 드러날 때까지 식각하여 상기 층간 절연막 상에 비아홀을 형성하는 단계와, 상기 제 2 포토레지스트 패턴과 제 2 반사 방지막을 제거하여 상기 트렌치와 비아홀로 이루어진 다마신 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention for achieving the object of the present invention as described above, the step of sequentially forming an oxide film, a conductive film and an anti-etching film on the upper portion of the semiconductor substrate, the interlayer insulating film and the first anti-reflection film on top of the etching prevention film in sequence Forming a first photoresist pattern to define a trench region on the first antireflection film, etching the first antireflection film in accordance with the first photoresist pattern, and Forming a trench by etching the insulating film to a predetermined depth, removing the first photoresist pattern and the first anti-reflection film, and forming a second anti-reflection film on the surface of the interlayer insulating film on which the trench is formed; Applying a second photoresist pattern on top of the second anti-reflection film to define a via hole region within Forming a via hole on the interlayer insulating layer by etching the second anti-reflection layer and the interlayer insulating layer until the etch stop layer is exposed, in accordance with the second photoresist pattern; And removing a second anti-reflection film to form a damascene pattern formed of the trench and the via hole.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 패턴 형성 과정을을 도시한 공정 단면도들이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a process of forming a damascene pattern of a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 반도체 기판(100) 상부에 산화막(102), 도전막(104)을 순차 형성한 다음 도전막(104)의 상부에 식각 정지막(106)을 수백 ℃의 두께로 증착시킨다.First, as shown in FIG. 1A, an
도 1b에 도시된 바와 같이, 식각 정지막(106)의 상부에 패터닝하고자 하는 층간 절연막(108)을 형성한 후 그 상부에 100℃∼600℃의 두께를 갖는 제 1 반사방지막(ARC)(110)을 폴리머 형태로 증착시킨다. 그런 다음 제 1 반사 방지막(110)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상을 공정을 통해 포토레지스트를 패터닝함으로서, 제 1 반사 방지막(110)의 상부에 트렌치 영역을 정의하는 제 1 포토레지스트 패턴(112)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, after forming the
도 1c에 도시된 바와 같이, 제 1 포토레지스트 패턴(112)에 맞추어서 층간 절연막(108)의 표면이 드러나도록 제 1 반사 방지막(110)을 건식 식각한 다음 층간 절연막(108)을 소정 깊이까지 건식 식각함으로서, 층간 절연막(108)에 트렌치(T)를 형성시킨다. 그런 후에 제 1 포토레지스트 패턴(112)을 드라이 애싱(dry ashing) 방식으로 제거한 다음 솔벤트를 이용한 습식 식각으로 잔류하는 폴리머 형태의 제 1 반사 방지막(110)을 제거한다.As shown in FIG. 1C, the first
여기서, 제 1 반사 방지막(110)을 식각하는 건식 식각 공정은, 500∼1000mT의 압력, 500∼2000와트의 소스 RF 전력, 300∼1500와트의 바이어스 RF 전력, 10∼200SCCM의 산소 가스, 10∼200SCCM의 아르곤(또는 헬륨) 가스를 사용한다.Here, the dry etching process of etching the first
도 1d에 도시된 바와 같이, 트렌치(T)가 형성된 층간 절연막(108)의 표면에 500℃내외의 두께를 갖는 제 2 반사 방지막(114)을 폴리머 형태로 증착하고, 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상 공정을 통해 포토레지스트를 패터닝함으로서, 비아홀 영역을 정의하는 제 2 포토레지스트 패턴(116)을 형성한다.As shown in FIG. 1D, a second
도 1e에 도시된 바와 같이, 제 2 포토레지스트 패턴(116)에 맞추어서 제 2 반사 방지막(114)을 건식 식각한 다음 제 2 포토레지스트 패턴(116)에 맞추어서 층간 절연막(108)을 식각함으로서 비아홀(H)을 형성한다.As shown in FIG. 1E, the second
그리고 나서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 제 2 포토레지스트 패턴(116)을 드라이 애싱 방식으로 제거한 다음 솔벤트를 이용한 습식 식각으로 잔류하는 폴리머 형태의 제 2 반사 방지막(114)을 제거함으로서, 트렌치(T)와 비아홀(H)로 이루어진 다마신 패턴(118)을 형성한다. Then, as illustrated in FIG. 1F, the second
여기서, 제 2 반사 방지막(114)을 식각하는 건식 식각 공정은 제 1 반사 방지막(110)을 제거하는 과정과 동일하게 500∼1000mT의 압력, 500∼2000와트의 소스 RF 전력, 300∼1500와트의 바이어스 RF 전력, 10∼200SCCM의 산소 가스, 10∼200SCCM의 아르곤(또는 헬륨) 가스를 사용한다.Here, the dry etching process of etching the second
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 폴리머 형태의 반사 방지막을 이용하여 다마신 패턴을 형성함으로서, 반사 방지막의 식각 공정 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 식각 공정 시 발생되는 부산물의 양을 줄여 장비의 상태를 양호하게 할 수 있고 이를 통해 장비의 가동율을 높일 수 있다.As described above, the present invention forms a damascene pattern using an anti-reflection film in a polymer form, thereby shortening the etching process time of the anti-reflection film and reducing the amount of by-products generated during the etching process to reduce the state of the equipment. It can be done well and this increases the operation rate of the equipment.
또한, 본 발명은 폴리머 형태의 반사 방지막을 이용하여 다마신 패턴을 형성함으로서, 다마신 공정의 신뢰성을 확보할 수 있어 반도체 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can form a damascene pattern using an anti-reflection film in the form of a polymer, thereby ensuring the reliability of the damascene process and improving the yield of the semiconductor process.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
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