KR20100076457A - Method for forming semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 듀얼 다마신(Dual Damascene)공정을 이용한 반도체 장치의 금속배선 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing metal wiring of a semiconductor device using a dual damascene process.
최근, 반도체 장치의 집적도 증가에 따른 금속배선의 RC 지연(delay) 문제를 해결하기 위하여 금속배선으로 구리(Cu)를 사용하는 기술이 도입 및 적용되고 있다. 구리를 사용하여 금속배선을 형성함에 있어서, 구리는 식각특성이 매우 열악하기 때문에 통상적으로 다마신 공정(damascene process)을 사용하여 구리배선을 형성한다. 다마신 공정으로는 싱글 다마신 공정(Single damascene process) 또는 듀얼 다마신 공정(Dual Damascene process)을 사용하고 있으며, 특히 듀얼 다마신 공정을 주로 적용하고 있다.Recently, in order to solve the RC delay problem of the metal wiring due to the increase in the degree of integration of semiconductor devices, a technology of using copper (Cu) as the metal wiring has been introduced and applied. In forming metal interconnections using copper, since copper has very poor etching characteristics, copper interconnects are typically formed using a damascene process. As a damascene process, a single damascene process or a dual damascene process is used, and a dual damascene process is mainly applied.
도 1a 및 도 1c는 종래기술에 따른 듀얼 다마신 공정을 이용한 구리배선 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 1A and 1C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing copper wiring using a dual damascene process according to the related art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 소정의 구조물이 구비된 기판(11) 상에 도전 막(12), 식각정지막(13) 및 절연막(14)을 순차적으로 형성한 후, 제1하드마스크패턴(18)을 식각장벽(etch barrier)으로 절연막(14)을 식각하여 도전막(12) 상의 식각정지막(13)을 노출시키는 비아홀(15)을 형성한다. As shown in FIG. 1A, after the
도 1b에 도시된 바와 같이, 제1하드마스크패턴(18)보다 큰 선폭의 개구부를 갖는 제2하드마스크패턴(19)을 식각장벽으로 절연막(14)을 소정두께 식각하여 비아홀(15)과 연결된 트렌치(16)를 형성하여 비아홀(15)과 트렌치(16)로 이루어진 듀얼 다마신 패턴(17)을 형성함과 동시에 식각정지막(13)을 식각하여 도전막(12)의 상부면을 노출시킨다.As shown in FIG. 1B, the
도 1c에 도시된 바와 같이, 듀얼 다마신 패턴(17)을 포함하는 구조물 표면을 따라 장벽금속막(20)을 형성한 후, 장벽금속막(20) 상에 듀얼 다마신 패턴(17)을 매립하도록 구리를 증착한다. 이어서, 절연막(14)의 상부면이 노출될때까지 평탄화공정을 진행하여 구리배선(21)을 완성한다.As shown in FIG. 1C, after the
하지만, 종래기술은 식각정지막(13)으로 질화막을 사용하고, 절연막(14)으로 산화막을 사용하며, 트렌치(16)를 형성함과 동시에 식각정지막(13)을 식각하여 도전막(12)의 상부면을 노출시키는 식각공정시 불소(F)가 함유된 가스를 식각가스로 사용한다. 이때, 식각가스에 대한 식각정지막(13)과 절연막(14)의 식각선택비 부족으로 인해 식각정지막(13)의 과도손실이 발생하는 문제점이 있다.However, according to the related art, a nitride film is used as the
구체적으로, 도 1b의 'A'와 같이 식각정지막(13)이 비아홀(15) 외측벽 방향으로 치고 들어간 프로파일을 갖게 된다. 즉, 식각정지막(13)을 포함하는 비아홀(15)의 하부영역 측벽 프로파일이 음의 기울기를 갖는 문제점이 발생한다. Specifically, as shown in 'A' of FIG. 1B, the
이처럼, 식각정지막(13)의 과도손실에 의해 비아홀(15) 측벽 프로파일이 음의 기울기를 가질 경우, 도 1c의 'B'와 같이 장벽금속막(20)이 정상적으로 증착되지 않거나, 또는 1c의 'C'와 같이 보이드(void)와 같은 매립불량이 발생하여 구리배선(21)과 도전막(12) 사이에 콘택저항을 증가시키고, 구리배선(21)의 저항 및 RC지연이 증가하는 문제점이 발생한다. As such, when the
결국, 식각정지막(13)의 과도손실에 의해 비아홀(15) 측벽 프로파일이 음의 기울기를 가질 경우, 반도체 장치의 특성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생한다. As a result, when the sidewall profile of the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 비아홀과 트렌치로 이루어진 듀얼 다마신 패턴을 형성함에 있어서, 식각정지막의 과도손실에 의해 비아홀 하부영역 측벽 프로파일이 음의 기울기를 갖는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in forming a dual damascene pattern consisting of a via hole and a trench, the via hole lower region sidewall profile has a negative slope due to excessive loss of the etch stop layer. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be prevented.
상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 장치 제조방법은, 도전막 상에 식각정지막 및 제1절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제1절연막을 선택적으로 식각하여 상기 도전막 상부 상기 식각정지막을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀을 매립하고 상기 제1절연막의 상부면을 덮는 제2절연막을 형성하는 단계; 개구부의 선폭이 상기 비아홀의 선폭보다 작은 하드마스크패턴을 식각장벽으로 상기 제2절연막을 식각하여 상기 제1절연막의 상부면 및 상기 비아홀 측벽에 상기 제2절연막을 잔류시키는 단계; 개구부의 선폭이 상기 비아홀의 선폭보다 큰 하드마스크패턴을 식각장벽으로 상기 제2절연막을 식각하여 상기 비아홀과 연결된 트렌치를 형성함과 동시에 상기 식각정지막을 식각하여 상기 도전막의 상부면을 노출시키는 단계 및 세정공정을 실시하여 상기 비아홀 측벽에 잔류하는 제2절연막을 제거하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 비아홀 및 상기 트렌치 표면에 장벽금속막을 형성하는 단계 및 상기 장벽금속막 상에 상기 비아홀 및 상기 트렌치를 매립하는 금속배선을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes: sequentially forming an etch stop layer and a first insulating layer on a conductive layer; Selectively etching the first insulating layer to form a via hole exposing the etch stop layer on the conductive layer; Forming a second insulating layer filling the via hole and covering an upper surface of the first insulating layer; Etching the second insulating layer by using a hard mask pattern having a line width of an opening smaller than the line width of the via hole as an etch barrier, and leaving the second insulating layer on an upper surface of the first insulating layer and sidewalls of the via hole; Etching the second insulating layer by using a hard mask pattern having a line width larger than that of the via hole as an etch barrier to form a trench connected to the via hole, and etching the etch stop layer to expose an upper surface of the conductive layer; And performing a cleaning process to remove the second insulating layer remaining on the sidewalls of the via holes. The method may further include forming a barrier metal film on the via hole and the trench surface, and forming a metal wiring on the barrier metal film to fill the via hole and the trench.
상술한 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은, 비아홀 및 트렌치로 이루어진 듀얼 다마신 패턴을 형성함에 있어서, 비아홀 측벽에 제2절연막을 잔류시켜 트렌치 형성공정시 식각정지막의 과도손실이 발생하더라도 세정공정을 통해 비아홀 측벽에 잔류하는 제2절연막을 제거함으로써, 측벽 프로파일이 수직 또는 양의 기울기를 갖는 비아홀을 형성할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해, 듀얼 다마신 패턴 내부에 장벽금속막이 비정상적으로 증착되거나, 또는 듀얼 다마신 패턴에 매립되는 금속배선 내부에 보이드와 같은 매립불량이 발생하는 것을 방지하여 금속배선과 도전막 사이에서 콘택저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 금속배선의 저항 및 RC지연을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. According to the present invention based on the above-described problem solving means, in forming a dual damascene pattern consisting of via holes and trenches, the second insulating film is left on the sidewalls of the via holes, even if a transient loss of the etch stop layer occurs during the trench formation process. By removing the second insulating layer remaining on the sidewalls of the via holes through the via, the sidewall profile may have a via hole having a vertical or positive slope. This prevents abnormal deposition of the barrier metal film inside the dual damascene pattern or buried defects such as voids in the metal wiring embedded in the dual damascene pattern, thereby improving contact resistance between the metal wiring and the conductive layer. The increase can be prevented, and the resistance and the RC delay of the metal wiring can be reduced.
결국, 본 발명은 듀얼 다마신 공정을 사용하여 형성된 금속배선을 구비하는 반도체 장치의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As a result, the present invention has the effect of improving the characteristics and reliability of the semiconductor device having a metal wiring formed using a dual damascene process.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention.
후술한 본 발명은 비아홀과 트렌치로 이루어진 듀얼 다마신 패턴을 형성함에 있어서, 식각정지막의 과도손실에 의해 비아홀 하부영역 측벽 프로파일이 음의 기울기를 갖는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치 제조방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 비아홀 측벽에 희생막을 형성하고, 트렌치 형성공정을 완료한 후에 진행되는 세정공정시 상기 희생막을 제거하는 것을 기술적 원리로 한다. The present invention described below provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing the via hole lower sidewall profile from having a negative slope due to excessive loss of the etch stop layer in forming the dual damascene pattern formed of the via hole and the trench. To this end, the present invention is a technical principle to form a sacrificial film on the sidewalls of the via-holes, and to remove the sacrificial film during the cleaning process that is performed after the trench forming process is completed.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 제조방법을 도시한 공정단면도이다. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이 소정의 구조물이 구비된 기판(31) 상에 도전막(32)을 형성한다. 이때, 도전막(32)은 워드라인(word line), 비트라인(bit line), 금속배선(metal line) 및 불순물영역(예컨대, 소스 또는 드레인영역)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2A, the
다음으로, 도전막(32) 상에 식각정지막(33) 및 제1절연막(34)을 순차적으로 형성한다. 이때, 식각정지막(33)은 후속 듀얼 다마신 공정간 도전막(32)을 보호하는 역할을 수행하며, 질화막으로 형성할 수 있다. 질화막으로는 실리콘질화막(Si3N4)을 사용할 수 있다.Next, the
제1절연막(34)은 듀얼 다마신 패턴 특히, 비아홀을 형성하기 위한 것으로, 산화막으로 형성할 수 있다. 산화막으로는 막내 불순물이 함유된 도프드 산화막(doped oxide) 또는 막내 불순물이 함유되지 않은 언도프드 산화막(unoped oxide)을 사용할 수 있다. 구체적으로, 도프드 산화막으로는 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), BSG(Boron Silicate Glass)등을 사용할 수 있으며, 언도프드 산화막으로는 실리콘산화막(SiO2), TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), USG(Un-doped Silicate Glass), 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma, HDP), SOD(Spin On Dielectric), SOG(Spin On Glass)등을 사용할 수 있다. The first
또한, 제1절연막(34)은 3000Å ~ 7000Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. In addition, the first
다음으로, 제1절연막(34) 상에 제1하드마스크패턴(35)을 형성한다. 제1하드마스크패턴(35)은 포토레지스트(Photh Resist, PR) 또는 비정질탄소막(Amorphous Carbon Layer, ACL)으로 형성할 수 있다.Next, a first
다음으로, 제1하드마스크패턴(35)을 식각장벽(etch barrier)으로 제1절연막(34)을 식각하여 도전막(32) 상부의 식각정지막(33)을 노출시키는 비아홀(36)을 형성한다. 이때, 비아홀(36)을 형성하기 위한 식각공정은 건식식각법(dry etch)을 사용하여 실시할 수 있으며, 식각가스로는 불소(F)를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 또한, 불소를 함유하는 가스에 비활성가스(예컨대, 아르곤가스(Ar)) 및 산소가스(O2)를 첨가하여 식각공정을 진행할 수도 있다. 여기서, 불소를 함유하는 가스로는 불화탄소가스(CxFy, x,y는 0을 제외한 자연수), 불화메탄가스(CxHyFz, x,y,z은 0을 제외한 자연수)등을 사용할 수 있다. 예컨대, 비아홀(36)을 형성하기 위한 식각공정은 CF4/Ar/O2 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있다. Next, the
한편, 비아홀(36)을 형성하는 과정에서 노출된 식각정지막(33)이 일부 손실 될 수 있다.Meanwhile, the
도 2b에 도시된 바와 같이, 제1하드마스크패턴(38)을 제거한 후에 비아홀(36)을 매립하고, 제1절연막(34)의 상부면을 덮는 제2절연막(37)을 형성한다.As shown in FIG. 2B, after removing the first
제2절연막(37)은 듀얼 다마신 패턴 특히, 트렌치를 형성하기 위한 것으로, 산화막으로 형성할 수 있다. 이때, 제2절연막(37)은 막내 불순물이 함유된 도프드 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 도프드 산화막으로는 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), BSG(Boron Silicate Glass)등을 사용할 수 있다. The second
여기서, 제1절연막(34) 및 제2절연막(37)을 모두 도프드 산화막으로 형성한 경우에는 제1절연막(34)보다 제2절연막(37)에 함유된 불순물의 농도가 더 큰 것이 바람직하다. 이는 후속 세정공정시 세정용액에 대한 제1절연막(34)과 제2절연막(37) 사이의 식각속도(또는 식각선택비)를 조절하기 위함이다. 참고로, 세정용액에 대한 식각속도는 언도프드 산화막 보다 도프드 산화막이 더 빠르다. 그리고, 도프드 산화막에서는 막내 불순물의 농도가 클수록 세정용액에 대한 식각속도가 빠르다. Here, when both the first
또한, 제2절연막(37)은 4000Å ~ 8000Å 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. In addition, the second insulating
다음으로, 제2절연막(37) 상에 제1하드마스크패턴(35)보다 작은 개구부 선폭(W2)을 갖는 제2하드마스크패턴(38)을 형성한다. 즉, 제2하드마스크패턴(38) 개구부의 선폭(W2)이 비아홀(36)의 선폭(W1)보다 작게 형성한다.Next, a second
다음으로, 제2하드마스크패턴(38)을 식각장벽으로 제2절연막(37)을 식각하여 제1절연막(34)의 상부면 및 비아홀(36)의 측벽에 제2절연막(37)을 잔류시킨다. 이때, 비아홀(36)의 측벽에 잔류하는 제2절연막(37)은 후속 세정공정을 통해 비아홀(36) 측벽 프로파일을 조절하기 위한 희생막으로 작용한다. 따라서, 비아홀(36) 측벽에 잔류하는 제2절연막(37)의 두께는 후속 트렌치 형성공정시 비아홀(36) 외측벽 방향으로 과도손실되는 식각정지막(33)의 두께를 고려하여 조절하는 것이 바람직하다. Next, the second insulating
제2하드마스크패턴(38)을 식각장벽으로 제2절연막(37)을 식각하는 식각공정은 비아홀(36)을 형성하기 위한 식각공정과 동일한 방법을 사용하여 실시할 수 있다. 즉, 식각공정은 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있으며, 식각가스로는 불소가 함유된 가스 또는 불소가 함유된 가스, 비활성가스 및 산소가스가 혼합된 혼합가스를 사용할 수 있다.The etching process of etching the second insulating
한편, 제2절연막(37)을 식각하는 과정에서 노출된 식각정지막(33) 일부가 손실될 수 있다. Meanwhile, a portion of the
도 2c에 도시된 바와 같이, 제2하드마스크패턴(38)을 제거한 후에 제2절연막(37) 상에 개구부의 선폭(W3)이 제1 및 제2하드마스크패턴(35, 38)보다 큰 제3하드마스크패턴(40)을 형성한다. 즉, 제2절연막(37) 상에 개구부의 선폭(W3)이 비아홀(36)의 선폭(W1)보다 큰 제3하드마스크패턴(40)을 형성한다. As shown in FIG. 2C, after the second
다음으로, 제3하드마스크패턴(40)을 식각장벽으로 제2절연막(37)을 식각하여 비아홀(36)과 연결된 트렌치(41)를 형성함과 동시에 식각정지막(33)을 식각하여 도 전막(32)의 상부면을 노출시킨다. 이때, 제2절연막(37)의 일부가 비아홀(36) 측벽에 스페이서 형태로 잔류하게 된다. 이하, 식각된 제2절연막(37)의 도면부호를 '37A'로, 식각된 식각정지막(33)의 도면부호를 '33A'로 변경하여 표기한다. Next, the second insulating
트렌치(41)를 형성하기 위한 식각공정은 비아홀(36)을 형성하기 위한 식각공정과 동일한 방법을 사용하여 실시할 수 있다. 따라서, 트렌치(41)를 형성하기 위한 식각공정은 건식식각법을 사용하여 실시할 수 있으며, 식각가스로 불소를 함유하는 식각가스 또는 불소를 함유하는 식각가스, 비활성가스 및 산소가스가 혼합된 혼합가스를 사용할 수 있다. The etching process for forming the
여기서, 트렌치(41)를 형성하기 위한 식각공정시 불소가 함유된 가스를 사용하기 때문에 식각정지막(33)과 제1 및 제2절연막(34, 37A) 사이의 식각선택비 부족으로 인해 비아홀(36) 외측벽 방향으로 식각정지막(33A)의 과도손실이 발생한다. 이로 인해, 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A) 및 식각정지막(33A)을 포함하는 비아홀(36)의 측벽 프로파일이 음의 기울기를 갖게 된다. 이처럼, 비아홀(36)의 측벽 프로파일이 음의 기울기를 가질 경우, 후속 장벽금속막 형성공정시 장벽금속막이 비정상적으로 증착되거나, 또는 금속배선내 보이드와 같은 매립불량이 발생하는 문제점이 발생한다. Here, since the fluorine-containing gas is used in the etching process for forming the
상술한 비아홀(36)의 측벽 프로파일에 따른 문제점을 해결하기 위해 도 2d에 도시된 바와 같이, 세정공정을 실시하여 비아홀(36) 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A)을 제거한다.이때, 비아홀(36)의 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A)의 두께는 트렌치(41)를 형성하는 과정에서 과도손실되는 식각정지막(33A)의 두께를 고려하여 조절하기 때문에 비아홀(36) 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A)를 제거함으로써, 식각정지막(33A)을 포함하는 비아홀(36) 측벽 프로파일을 수직 또는 양의 기울기를 갖도록 형성할 수 있다. In order to solve the problem caused by the sidewall profile of the via
비아홀(36) 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A)을 제거하기 위한 세정공정은 RON 세정공정으로 실시할 수 있다. 여기서, RON 세정공정은 R 세정공정, O 세정공정 및 N 세정공정을 순차적으로 진행하는 것을 의미한다. 구체적으로, R 세정공정은 황산(H2SO4)을 포함하는 세정용액을 사용한 세정공정을 의미하며, 비정질탄소막으로 이루어진 제3하드마스크패턴(40) 및 유기질 부산물(by product)을 제거하는 역할을 수행한다. O 세정공정은 불산(HF)을 포함하는 세정용액을 사용한 세정공정을 의미하며, 비아홀(36) 측벽에 형성된 제2절연막(37A)을 제거하는 역할을 수행한다. 이때, 제1 및 제2절연막(34, 37A)을 세정용액 즉, 불산을 포함하는 세정용액에 대하여 식각속도(또는 식각선택비)가 서로 다른 산화막으로 형성하기 때문에 제1절연막(34)의 손실을 최소화한 상태에서 비아홀(36) 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A)을 제거할 수 있다. 또한, 트렌치(41)의 측벽을 제2절연막(37A)이 제공하기 때문에 O 세정공정간 트렌치(41)의 선폭이 증가할 수 있다. N 세정공정은 수산화암모늄(NH4OH)을 포함하는 세정용액을 사용한 세정공정을 의미하며, 유기질 부산물 및 금속성 잔류물을 제거하는 역할을 수행한다. The cleaning process for removing the second
상술한 공정과정을 통해 측벽 프로파일이 수직 또는 양의 기울기를 갖는 비아홀(36)과 트렌치(41)로 이루어진 듀얼 다마신 패턴(42)을 형성할 수 있다.Through the above-described process, the
도 2e에 도시된 바와 같이, 듀얼 다마신 패턴(42)을 포함하는 구조물 표면을 따라 장벽금속막(43)을 형성한다. 이때, 비아홀(36)의 측벽 프로파일이 수직 또는 양의 기울기를 갖기 때문에 듀얼 다마신 패턴(42) 내부에 장벽금속막(43)이 비정상적으로 증착되는 것을 방지할 수 있다. As shown in FIG. 2E, the
다음으로, 장벽금속막(43) 상에 듀얼 다마신 패턴(42)을 매립하도록 금속물질을 증착한다. 이때, 금속물질은 구리(Cu)일 수 있다. Next, a metal material is deposited to fill the
다음으로, 제2절연막(37)의 상부면이 노출될때까지 평탄화공정을 실시하여 듀얼 다마신 패턴(42)에 매립된 금속배선(44)을 형성한다. 이때, 평탄화공정은 화학적기계적연마법(CMP) 또는 에치백을 사용하여 실시할 수 있다. Next, the planarization process is performed until the upper surface of the second insulating
이와 같이, 본 발명은 비아홀(36) 및 트렌치(41)로 이루어진 듀얼 다마신 패턴(42)을 형성함에 있어서, 비아홀(36) 측벽에 제2절연막(37A)을 잔류시켜 트렌치(41)를 형성공정시 식각정지막(33A)의 과도손실이 발생하더라도 세정공정을 통해 비아홀(36) 측벽에 잔류하는 제2절연막(37A)을 제거함으로써, 측벽 프로파일이 수직 또는 양의 기울기를 갖는 비아홀(36)을 형성할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해, 듀얼 다마신 패턴(42) 내부에 장벽금속막(43)이 비정상적으로 증착되거나, 또는 듀얼 다마신 패턴(42) 내 매립되는 금속배선(44) 내부에 보이드와 같은 매립불량이 발생하는 것을 방지하여 금속배선(44)과 도전막(32) 사이에서 콘택저항이 증가 방지 및 금속배선(44)의 저항 및 RC지연을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, when the
결국, 본 발명은 듀얼 다마신 공정을 사용하여 형성된 금속배선(44)을 구비하는 반도체 장치의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As a result, the present invention has the effect of improving the characteristics and reliability of the semiconductor device having the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 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 embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will appreciate that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.
도 1a 및 도 1c는 종래기술에 따른 듀얼 다마신 공정을 이용한 구리배선 제조방법을 도시한 공정단면도. 1A and 1C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing copper wiring using a dual damascene process according to the related art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 제조방법을 도시한 공정단면도. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
31 : 기판 32 : 도전막31
33, 33A : 식각정지막 34 : 제1절연막33, 33A: etching stop film 34: first insulating film
35 : 제1하드마스크패턴 36 : 비아홀35: first hard mask pattern 36: via hole
37, 37A : 제2절연막 38 : 제2하드마스크패턴37, 37A: Second insulating film 38: Second hard mask pattern
40 : 제3하드마스크패턴 41 : 트렌치40: third hard mask pattern 41: trench
42 : 듀얼 다마신 패턴 43 : 장벽금속막42: dual damascene pattern 43: barrier metal film
44 : 금속배선 44: metal wiring
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KR1020080134510A KR20100076457A (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Method for forming semiconductor device |
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US9613862B2 (en) | 2015-09-02 | 2017-04-04 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
CN109148281A (en) * | 2018-07-11 | 2019-01-04 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | hard mask structure |
-
2008
- 2008-12-26 KR KR1020080134510A patent/KR20100076457A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
US9613862B2 (en) | 2015-09-02 | 2017-04-04 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
US10032668B2 (en) | 2015-09-02 | 2018-07-24 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
US10388565B2 (en) | 2015-09-02 | 2019-08-20 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
US10903118B2 (en) | 2015-09-02 | 2021-01-26 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
US10937694B2 (en) | 2015-09-02 | 2021-03-02 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
US10957588B2 (en) | 2015-09-02 | 2021-03-23 | International Business Machines Corporation | Chamferless via structures |
CN109148281A (en) * | 2018-07-11 | 2019-01-04 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | hard mask structure |
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