KR20070098335A - Method for fabricating the same of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 TEM사진,1 is a TEM photograph for explaining a semiconductor device according to the prior art,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도,2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention;
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도,3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 TEM사진.4 is a TEM photograph for explaining a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22 : 메탈배선21
23 : 층간절연막 24 : 메탈하드마스크23: interlayer insulating film 24: metal hard mask
25 : 감광막패턴 26 : 콘택홀25
27a : 메탈콘택플러그27a: Metal Contact Plug
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 메탈배선 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing metal wiring of a semiconductor device.
현재 반도체 소자의 메탈(Metal)배선간의 층간절연막물질(Inter Metal Dielectric;IMD Material)로 평탄화 특성이 우수하고 유전상수(K-VALUE)가 낮은 산화막을 사용하고 있다. 그러나, 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 소자의 기생캐패시터(Capacitor)저하 및 스피드(Speed)향상을 위하여 종래의 산화막보다 유전상수(K-value)가 더 낮은 저유전(low-K)물질이 제안되고 있다.Currently, an oxide film having excellent planarization characteristics and a low dielectric constant (K-VALUE) is used as an inter metal dielectric (IMD material) between metal interconnections of semiconductor devices. However, as semiconductor devices have been highly integrated, low-K materials having a lower dielectric constant (K-value) than conventional oxide films have been proposed to reduce parasitic capacitors and improve speed of devices. .
메탈배선을 형성하기 위해서는 메탈배선 상부에 라이너산화막, 저유전산화막과 캡핑산화막을 순차로 적층된 층간절연막을 형성하고 캡핑산화막 상에 감광막패턴을 형성한 후, 감광막패턴으로 층간절연막을 형성하여 콘택홀을 형성한 후, 콘택홀을 매립하는 메탈콘택플러그를 형성하여 상부와 하부 메탈배선을 연결하는 공정을 실시한다.In order to form a metal wiring, an interlayer insulating film in which a liner oxide film, a low dielectric oxide film, and a capping oxide film are sequentially stacked on the metal wiring is formed, a photosensitive film pattern is formed on the capping oxide film, and an interlayer insulating film is formed using the photosensitive film pattern to form a contact hole. After forming the metal contact plug to fill the contact hole is performed to connect the upper and lower metal wiring.
위와 같이, 층간절연막 형성시 스피드 및 기생캐패시터문제 해결을 위해 저유전산화막을 사용한다. 이때, 저유전산화막은 일반적인 산화막보다 카본(Carbon)이 더 많이 함유되어 있다.As described above, a low dielectric oxide film is used to solve the problem of speed and parasitic capacitor when forming an interlayer insulating film. At this time, the low dielectric oxide film contains more carbon than the general oxide film.
그러나, 콘택홀 형성 후 감광막패턴 제거를 위한 산소스트립공정에서 카본이 함유된 저유전산화막이 손실되어 박막이 어택받는 문제점이 있다.However, the low dielectric oxide film containing carbon is lost in the oxygen strip process for removing the photoresist pattern after forming the contact hole, thereby causing the thin film to be attacked.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 TEM사진이다.1 is a TEM photograph for explaining a semiconductor device according to the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 메탈배선(11) 상부에 콘택홀(13)이 형성된 저유전산화막(12)이 어택(Attack)받아 보잉(Bowing)이 형성된 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, it can be seen that the low
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 저유전산화막을 포함하는 층간절연막이 어택받아 보잉이 형성되는 것을 방지하기 위한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device for preventing the formation of a bowing due to an interlayer insulating film including a low dielectric oxide film attacked.
본 발명은 반도체 기판 상부에 메탈배선을 형성하는 단계, 상기 메탈배선 상에 저유전산화막을 포함하는 다층의 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 층간절연막 상에 메탈하드마스크를 사용하는 단계, 상기 메탈하드마스크 상에 감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 메탈하드마스크를 식각하는 단계, 상기 감광막패턴을 제거하는 단계, 상기 메탈하드마스크를 식각마스크로 상기 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention includes forming a metal wiring on the semiconductor substrate, forming a multi-layered insulating film including a low dielectric oxide film on the metal wiring, using a metal hard mask on the interlayer insulating film, the metal hard Forming a photoresist pattern on a mask, etching the metal hard mask using the photoresist pattern as an etch mask, removing the photoresist pattern, and etching the interlayer insulating layer using the metal hard mask as an etch mask. Forming a hole.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
실시예Example 1 One
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상부에 메탈배선(22)을 형성한다. 여기서, 반도체 기판(21)은 소자분리막과 웰(Well)을 포함한다. 또한, 반도체 기판(21)과 메탈배선(22) 사이에는 게이트패턴, 비트라인패턴과 스토리지노드가 형성된다.As shown in FIG. 2A, the
이어서, 메탈배선(22) 상에 라이너산화막(Liner Oxide, 23a), 저유전산화막(low-K Oxide, 23b)과 캡핑산화막(Capping Oxide, 23c)이 순차로 적층된 메탈배선간의 절연을 위한 층간절연막(Inter Metal Dielectirc;IMD, 23)을 형성한다.Subsequently, an interlayer for insulation between a metal line in which a liner oxide (23a), a low-K oxide (23b), and a capping oxide (23c) are sequentially stacked on the
특히, 저유전산화막(23b)은 코팅타입(Coating Type) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition;CVD)으로 형성하되, Si-O-C-H의 화합물로 구성된 산화막으로 형성한다. 상기 저유전산화막(23b)은 기존 산화막에 비해 카본(Carbon)과 수분이 더 많이 포함되어 있으며, 반도체 소자의 스피드와 기생캐패시터 문제의 개선을 위한 충분한 두께 즉, 5000Å∼7000Å으로 형성한다. In particular, the low
그리고, 라이너산화막(23a)은 저유전산화막(23b)과 하부 메탈배선(22) 사이에 저유전산화막(23b)의 수분으로 인해 메탈배선(22)이 손상되는 것을 방지하기 위해 형성하되, 100Å∼1000Å의 두께로 형성한다. The
그리고, 캡핑산화막(23c)은 상부 하드마스크에 의해 저유전산화막(23b)이 손상되거나 물성이 변화되는 것을 방지하면서 상부 하드마스크와 저유전산화막(23b)이 반응하는 것을 방지하기 위해 형성하되, 3000Å∼5000Å의 두께로 형성한다.In addition, the
따라서, 층간절연막(23)의 총 두께는 8100Å∼13000Å으로 형성할 수 있다.Therefore, the total thickness of the
이어서, 층간절연막(23) 상에 메탈하드마스크(24)를 형성한다. 여기서, 메탈하드마스크(24)는 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al)으로 형성한다. 바람직하게는 텅스텐으로 형성한다.Subsequently, a metal
이어서, 메탈하드마스크(24) 상에 감광막을 형성하고, 노광 및 현상으로 콘택홀 예정지역을 오픈시키는 감광막패턴(25)을 형성한다.Subsequently, a photoresist film is formed on the metal
도 2b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(25)을 식각마스크로 메탈하드마스크(24)를 식각한다. 여기서, 텅스텐으로 형성된 메탈하드마스크(24)는 SF5와 N2의 혼합가스를 이용하여 식각하되, SF6는 1sccm∼sccm, N2는 1sccm∼100sccm의 유량으로 플로우 하여 실시한다.As shown in FIG. 2B, the metal
이어서, 감광막패턴(25)을 산소스트립공정으로 제거한다. 이때, 층간절연막(23)은 식각되지 않고, 최상부층에 캡핑산화막(23c)이 형성되어 저유전산화막(23b)의 노출을 방지하고 있으므로 저유전산화막(23b)의 손상을 방지할 수 있다.Subsequently, the
도 2c에 도시된 바와 같이, 메탈하드마스크(24)를 식각마스크로 층간절연막(23)을 식각하여 콘택홀(26)을 형성한다. 여기서, 층간절연막(23)은 1스텝으로 식각하고, 특히 저유전산화막(23b)의 식각시 N2와 O2의 혼합가스로 실시하되, N2를 1sccm∼1000sccm, O2를 1sccm∼1000sccm의 유량으로 플로우하여 실시한다.As illustrated in FIG. 2C, the
도 2d에 도시된 바와 같이, 콘택홀(26)을 채울때까지 메탈하드마스크(24) 상에 도전물질(27)을 형성한다. 여기서, 도전물질(27)은 메탈하드마스크(24)와 동일 한 물질로 형성하되, 바람직하게는 텅스텐(W)으로 형성한다.As shown in FIG. 2D, the
도 2e에 도시된 바와 같이, 층간절연막(23)의 표면이 드러날때까지 도전물질(27)을 전면식각하여 메탈콘택플러그(27a)를 형성한다.As shown in FIG. 2E, the
도전물질(27)을 전면식각하는 시점에서 도전물질(27)에 의해 층간절연막(23)의 측벽이 모두 채워져 있기 때문에 전면식각으로 인한 층간절연막(23)의 손실이 없다.Since the sidewalls of the
상기 도 2d에서 도전물질(27)을 메탈하드마스크(24)와 동일한 물질로 형성함으로써 도전물질(27) 전면식각시 메탈하드마스크(24)를 같이 제거할 수 있다. 즉, 메탈하드마스크(24)의 제거공정을 따로 실시하지 않아서 저유전산화막(23b)의 손상 방지와 공정마진을 확보할 수 있다.In FIG. 2D, the
실시예Example 2 2
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(31) 상부에 메탈배선(32)을 형성한다. 여기서, 반도체 기판(31)은 소자분리막과 웰(Well)을 포함한다. 또한, 반도체 기판(31)과 메탈배선(32) 사이에는 게이트패턴, 비트라인패턴과 스토리지노드가 형성된다.As shown in FIG. 3A, a
이어서, 메탈배선(32) 상에 라이너산화막(Liner Oxide, 33a), 저유전산화막(low-K Oxide, 33b)과 캡핑산화막(Capping Oxide, 33c)가 순차로 적층된 메탈배선간의 절연을 위한 층간절연막(Inter Metal Dielectirc;IMD, 33)을 형성한다.Subsequently, an interlayer for insulation between a metal line in which a
특히, 저유전산화막(33b)은 코팅타입(Coating Type) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition;CVD)으로 형성하되, Si-O-C-H의 화합물로 구성된 산화막으로 형성한다. 상기 저유전산화막(33b)은 기존 산화막에 비해 카본(Carbon)과 수분이 더 많이 포함되어 있으며, 반도체 소자의 스피드와 기생캐패시터 문제의 개선을 위한 충분한 두께 즉, 5000Å∼7000Å으로 형성한다. In particular, the low
그리고, 라이너산화막(33a)은 저유전산화막(33b)과 하부 메탈배선(32) 사이에 저유전산화막(33b)의 수분으로 인해 메탈배선(32)이 손상되는 것을 방지하기 위해 형성하되, 100Å∼1000Å의 두께로 형성한다. The
그리고, 캡핑산화막(33c)은 상부 하드마스크에 의해 저유전산화막(33b)이 손상되거나 물성이 변화되는 것을 방지하면서 상부 하드마스크와 저유전산화막(33b)이 반응하는 것을 방지하기 위해 형성하되, 3000Å∼5000Å의 두께로 형성한다.In addition, the capping
따라서, 층간절연막(33)의 총 두께는 8100Å∼13000Å으로 형성할 수 있다.Therefore, the total thickness of the
이어서, 층간절연막(33) 상에 메탈하드마스크(34)를 형성한다. 여기서, 메탈하드마스크(34)는 텅스텐(W) 또는 알루미늄(Al)으로 형성한다. 바람직하게는 텅스텐으로 형성한다.Subsequently, a metal
이어서, 메탈하드마스크(34) 상에 감광막을 형성하고, 노광 및 현상으로 콘택홀 예정지역을 오픈시키는 감광막패턴(35)을 형성한다.Subsequently, a photoresist film is formed on the metal
도 3b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(35)을 식각마스크로 메탈하드마스크(34)를 식각한다. 여기서, 텅스텐으로 형성된 메탈하드마스크(34)는 SF5와 N2의 혼합가스를 이용하여 식각하되, SF6는 1sccm∼sccm, N2는 1sccm∼100sccm의 유량으로 플로우 하여 실시한다.As shown in FIG. 3B, the metal
이어서, 감광막패턴(35)을 산소스트립공정으로 제거한다. 이때, 층간절연막(33)은 식각되지 않고, 최상부층에 캡핑산화막(33c)이 형성되어 저유전산화막(33b)의 노출을 방지함으로써 저유전산화막(33b)의 손상을 방지할 수 있다.Next, the
도 3c에 도시된 바와 같이, 메탈하드마스크(34)를 식각마스크로 층간절연막(33)을 식각하여 콘택홀(36)을 형성한다. 여기서, 층간절연막(33)은 1스텝으로 식각하고, 특히 저유전산화막(33b)의 식각시 N2와 O2의 혼합가스로 실시하되, N2를 1sccm∼1000sccm, O2를 1sccm∼1000sccm의 유량으로 플로우하여 실시한다.As shown in FIG. 3C, the
이어서, 메탈하드마스크(34)를 SF5와 N2의 혼합가스를 이용한 스트립공정으로 제거하되, SF6는 1sccm∼sccm, N2는 1sccm∼100sccm의 유량으로 플로우 하여 실시한다. Subsequently, the metal
메탈하드마스크(34)의 제거공정은 산소가스를 포함하지 않는 혼합가스로 식각을 실시한다. 즉, 카본(Carbon)이 종래의 산화막보다 더 많이 함유된 저유전산화막(33b)이 산소가스로 인해 손상받는 것을 방지함으로써, 저유전산화막(33b)의 손실없이 메탈하드마스크(34)만 제거가 가능하다.The metal
도 3d에 도시된 바와 같이, 콘택홀(36)을 채울때까지 층간절연막(33) 상에 도전물질(37)을 형성한다.As shown in FIG. 3D, the
도 3e에 도시된 바와 같이, 층간절연막(33)의 표면이 드러날때까지 도전물질(37)을 전면식각하여 메탈콘택플러그(37a)를 형성한다.As shown in FIG. 3E, the
도전물질(37)을 전면식각하는 시점에서 도전물질(37)에 의해 층간절연막(33)의 측벽이 모두 채워져 있기 때문에 전면식각으로 인한 층간절연막(33)의 손실이 없다.Since the sidewalls of the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 TEM사진이다. 이해를 돕기 위해 도면부호는 도 2a 내지 도 2e와 동일한 부호를 사용하였다.4 is a TEM photograph for explaining a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention. For the sake of clarity, the same reference numerals are used to refer to FIGS. 2A to 2E.
도 4에 도시된 바와 같이, 메탈배선(22) 상에 형성된 콘택홀(26)을 제공하는 층간절연막(23)에 손상으로 인한 보잉(Bowing)이 존재하지 않는다.As shown in FIG. 4, no bowing due to damage is present in the
상술한 본 발명은, 라이너산화막, 저유전산화막과 캡핑산화막이 순차로 적층된 층간절연막을 식각하기 위한 메탈하드마스크를 형성하고 감광막패턴으로 메탈하드마스크를 식각한 후 감광막패턴을 스트립함으로써 감광막패턴의 스트립시 산소가스로 인한 저유전산화막의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, a metal hard mask for etching an interlayer insulating film in which a liner oxide film, a low dielectric oxide film, and a capping oxide film are sequentially stacked is formed, the metal hard mask is etched with the photosensitive film pattern, and then the photosensitive film pattern is stripped to form a metal hard mask. When stripping, there is an advantage of preventing damage to the low-k dielectric layer due to oxygen gas.
또한, 메탈하드마스크 제거시 산소가스를 포함하지 않는 혼합가스를 사용함으로써 산소가스로 인한 저유전산화막의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 메탈하드마스크는 메탈콘택플러그형성을 위한 도전물질의 전면식각시 동시에 제거가 가능하므로 공정 마진 확보와 저유전산화막의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, by using a mixed gas containing no oxygen gas when removing the metal hard mask, there is an advantage that can prevent damage to the low-k dielectric layer due to oxygen gas. In addition, since the metal hard mask can be removed at the same time during the entire surface etching of the conductive material for forming the metal contact plug, there is an advantage of securing a process margin and preventing damage to the low dielectric layer.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법은 층간절연막의 보잉을 방지하여 콘택저항, 플러그간 펀치특성열화 및 배선간 노이즈증가 문제를 개선함으로써 소자특성 개선 및 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.The manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention described above has the effect of preventing the bowing of the interlayer insulating film, thereby improving the contact resistance, the deterioration of the punch characteristics between the plugs, and the noise increase between the wires, thereby improving device characteristics and securing device reliability. have.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060029855A KR20070098335A (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Method for fabricating the same of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020060029855A KR20070098335A (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Method for fabricating the same of semiconductor device |
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KR1020060029855A KR20070098335A (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Method for fabricating the same of semiconductor device |
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KR (1) | KR20070098335A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10074707B2 (en) | 2015-11-03 | 2018-09-11 | Samsung Display Co. Ltd. | Thin film transistor array for organic light-emitting display |
-
2006
- 2006-03-31 KR KR1020060029855A patent/KR20070098335A/en not_active Application Discontinuation
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