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KR100941629B1 - Method for manufacturing semiconductor device using dual damascene process - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device using dual damascene process Download PDF

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KR100941629B1
KR100941629B1 KR1020020084259A KR20020084259A KR100941629B1 KR 100941629 B1 KR100941629 B1 KR 100941629B1 KR 1020020084259 A KR1020020084259 A KR 1020020084259A KR 20020084259 A KR20020084259 A KR 20020084259A KR 100941629 B1 KR100941629 B1 KR 100941629B1
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forming
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이성권
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

본 발명은 듀얼다마신 공정에서의 트렌치 형성시 레지스트 포이즈닝 현상에 의한 비아홀 오픈 결함을 방지할 수 있는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 전도층 상에 절연막과 식각정지막 및 저유전율막을 차례로 형성하는 단계; 상기 저유전율막 상에 트렌치 예정 영역을 정의하기 위한 제1하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1하드마스크 상에 상기 트렌치 예정 영역과 오버랩되도록 비아홀 예정 영역을 정의하기 위한 제2하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2하드마스크 패턴을 식각마스크로 상기 저유전율막과 상기 식각정지막 및 상기 절연막을 차례로 식각하여 상기 전도층을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 제1하드마스크를 제거하여 상기 식각정지막을 노출시키는 트렌치를 형성함으로써, 듀얼 다마신 구조를 형성하는 단계; 및 상기 듀얼 다마신 구조에 노출된 상기 전도층에 도통되는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법을 제공한다.
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device using a dual damascene process that can prevent via hole open defects caused by resist poisoning when forming trenches in the dual damascene process. Sequentially forming an insulating film, an etch stop film, and a low dielectric constant film on the substrate; Forming a first hard mask pattern on the low dielectric constant layer to define a trench region; Forming a second hard mask pattern on the first hard mask to define a via hole predetermined area to overlap the trench predetermined area; Forming a via hole exposing the conductive layer by sequentially etching the low dielectric constant layer, the etch stop layer, and the insulating layer using the second hard mask pattern as an etch mask; Forming a dual damascene structure by removing the first hard mask to form a trench exposing the etch stop layer; And forming a metal wiring electrically connected to the conductive layer exposed to the dual damascene structure.

듀얼 다마신, 비아홀, 트렌치, 레지스트 포이즈닝(Resist poisoning), 금속배선, 트렌치, SADD, VFDD, TFDD, 하드마스크.Dual damascene, via holes, trenches, resist poisoning, metallization, trenches, SADD, VFDD, TFDD, hard mask.

Description

듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법{METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE USING DUAL DAMASCENE PROCESS} Method for manufacturing semiconductor device using dual damascene process {METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE USING DUAL DAMASCENE PROCESS}             

도 1a 내지 도 1d는 비아퍼스트법에 의한 듀얼다마신 공정을 개략적으로 도시한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views schematically showing the dual damascene process by the via first method.

도 2는 도 1c의 공정 단면을 도시한 SEM 사진.FIG. 2 is a SEM photograph showing the process cross section of FIG. 1C. FIG.

도 3은 도 1d의 공정 단면을 도시한 단면 SEM 사진.3 is a cross-sectional SEM photograph showing the process cross section of FIG. 1d.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조 공정을 도시한 단면도.
4A to 4E are cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing process using a dual damascene process according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

40 : 전도층 41 : 절연막40: conductive layer 41: insulating film

42 : 식각정지막 43 : 저유전율막42: etch stop film 43: low dielectric constant film

44 : 제1하드마스크 46 : 제2하드마스크44: first hard mask 46: second hard mask

47 : 포토레지스트 패턴
47: photoresist pattern

본 발명은 반도체소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 듀얼 다마신(Dual Damascene) 공정을 이용한 반도체소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device using a dual damascene process.

일반적으로 반도체소자 제조시 소자와 소자간 또는 배선과 배선간을 전기적으로 연결시키기 위해 금속배선을 사용하고 있다. In general, in the manufacture of semiconductor devices, metal wiring is used to electrically connect the devices and the devices, or the wiring and the wiring.

이러한 금속배선 재료로는 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W)이 널리 사용되고 있으나, 낮은 융점과 높은 비저항으로 인하여 초고집적 반도체 소자에 더이상 적용이 어렵게 되었다. 반도체 소자의 초고집적화에 따라 비저항은 낮고 일렉트로마이그레이션(Electromigration; 이하 EM이라 함) 및 스트레스마이그레이션(Stressmigration; 이하 SM라 함) 등의 신뢰성이 우수한 물질의 이용이 필요하게 되었으며, 이에 부합할 수 있는 가장 적합한 재료로 구리가 최근에 관심의 대상이 되고 있다.Aluminum (Al) or tungsten (W) is widely used as the metallization material, but due to low melting point and high resistivity, it is no longer applicable to ultra-high density semiconductor devices. As ultra-high integration of semiconductor devices requires the use of materials with low specific resistance and highly reliable materials such as electromigration (hereinafter referred to as EM) and stress migration (hereinafter referred to as SM). Copper has recently been of interest as a suitable material.

구리를 금속배선 재료로 이용하는 이유는, 구리의 녹는점이 1080℃로서 비교적 높을 뿐만 아니라(알루미늄: 660℃, 텅스텐: 3400℃), 비저항은 1.7μΩ㎝로서 알루미늄(2.7μΩ㎝), 텅스텐(5.6μΩ㎝)보다 매우 낮기 때문이다.The reason why copper is used as a metal wiring material is not only that the melting point of copper is relatively high as 1080 ° C. (aluminum: 660 ° C., tungsten: 3400 ° C.), but the specific resistance is 1.7 μm cm, aluminum (2.7 μΩ cm) and tungsten (5.6 μΩ). It is because it is much lower than cm).

그러나, 구리를 이용한 배선 공정은 식각이 어렵고, 부식이 확산되는 문제를 지니고 있어서, 실용화에 상당한 어려움을 지니고 있었다.However, the wiring process using copper has a problem that the etching is difficult and the corrosion is diffused, and thus, there is a considerable difficulty in practical use.

이를 개선하고 실용화하기 위하여 싱글 다마신 공정(Single damascene process) 또는 듀얼 다마신 공정을 적용하였는데, 특히 듀얼 다마신 공정을 주로 적용하고 있다.The single damascene process or the dual damascene process is applied to improve and put this into practical use. In particular, the dual damascene process is mainly applied.

여기서, 다마신 공정이라 함은 절연막(Dielectric layer)을 사진식각 공정을 통해 패터닝하여 트렌치(Trench)를 형성하고, 이 트렌치에 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 도전 물질을 채워 넣고 필요한 배선 이외의 도전 물질은 에치백(Etchback)이나 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 등의 기술을 이용하여 제거하므로써 먼저 형성한 트렌치 모양으로 배선을 형성하는 기술이다.Here, the damascene process is to form a trench by patterning a dielectric layer through a photolithography process, the conductive material such as tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), etc. The conductive material other than the necessary wiring is filled in by using a technique such as etching back or chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) to form the wiring in the trench shape formed earlier.

상기한 다마신 공정, 특히 듀얼 다마신 공정은 주로 DRAM 등의 비트 라인(Bit line) 또는 워드라인(Wordline), 금속배선 형성에 이용되며, 특히 다층 금속배선에서 상층 금속배선과 하층 금속배선을 접속시키기 위한 비아홀을 동시에 형성할 수 있을 뿐만아니라, 금속배선에 의해 발생하는 단차를 제거할 수 있으므로 후속 공정을 용이하게 하는 장점이 있다.The damascene process, in particular the dual damascene process, is mainly used for forming bit lines, word lines, and metal interconnections such as DRAMs. In particular, the upper and lower metal interconnections are connected in a multilayer metal interconnection. Not only can the via holes to be formed at the same time, but also can eliminate the step caused by the metal wiring has the advantage of facilitating subsequent processes.

듀얼 다마신 공정은 크게 비아퍼스트법(Via First Dual Damascene; 이하 VFDD라 함)과 트렌치퍼스트법(Trench First Dual Damascene; 이하 TFDD라 함) 및 셀프얼라인법(Self-Align Dual Damascene; 이하 SADD라 함) 등이 있는 바, 도 1a 내지 도 1d는 비아퍼스트법에 의한 듀얼다마신 공정을 개략적으로 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 살펴본다.The dual damascene process is mainly referred to as Via First Dual Damascene (hereinafter referred to as VFDD), Trench First Dual Damascene (hereinafter referred to as TFDD) and Self-Align Dual Damascene (hereinafter referred to as SADD). 1A to 1D are cross-sectional views schematically illustrating a dual damascene process using a via first method, which will be described with reference to the drawings.

도 1a를 참조하면, 플러그 또는 금속배선 등의 전도층(10) 상에 제1식각정지막(11)과 제1절연막(12)과 제2식각정지막(13)과 제2절연막(14) 및 제3식각정지막(15)이 형성되어 있으며, 그 상부에 비아홀을 정의하기 위한 포토레 지스트 패턴(16)이 형성되어 있다. 여기서, 도시된 'V'는 비아홀 예정영역을 나타낸다.Referring to FIG. 1A, a first etch stop layer 11, a first insulating layer 12, a second etch stop layer 13, and a second insulating layer 14 may be formed on a conductive layer 10 such as a plug or a metal wiring. And a third etch stop layer 15, and a photoresist pattern 16 for defining a via hole is formed thereon. Here, 'V' illustrated represents a via hole planned area.

여기서, 전술한 제1, 2절연막(12, 14)은 다층구조인 것을 포함하며, 현재는 RC 지연 등으로 인해 저유전율(Low-k) 물질을 주로 사용하며, 제1 ∼ 제3식각정지막(11,13,15)은 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막 등의 질화막 계열을 사용한다. Here, the above-described first and second insulating films 12 and 14 include a multi-layered structure, and currently, low-k materials are mainly used due to RC delay, and the first to third etch stop films. (11, 13, 15) uses a nitride film series such as a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.

또한, 각 절연막의 사이와 전도층(10) 상부에는 식각 공정에 따른 전도층(10) 및 각 절연막의 손상을 방지하고 식각 프로파일을 얻기 위해 식각정지 역할을 하는 질화막 계열의 다수의 식각정지막이 형성되어 있다.In addition, a plurality of etch stop films of a nitride film-based layer serving as an etch stop layer are formed between the insulating films and on the conductive layer 10 to prevent damage to the conductive layer 10 and each insulating film according to an etching process and to obtain an etching profile. It is.

도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(12)을 식각마스크로 제1, 2절연막(12, 14)과 제2, 3식각정지막(13, 15)을 선택적으로 식각하여 제1식각정지막(11)에서 식각정지를 한 다음, 계속되는 식각 공정을 통해 제거함으로써, 전도층(10) 표면을 노출시키는 비아홀(17)을 형성한 다음, 포토레지스트 스트립(Photoresist strip) 공정을 통해 포토레지스트 패턴(16)을 제거하고, 세정 공정을 통해 식각 잔류물을 제거한다.As shown in FIG. 1B, the first and second insulating layers 12 and 14 and the second and third etch stop layers 13 and 15 are selectively etched by using the photoresist pattern 12 as an etch mask. The etch stop is performed on the film 11 and then removed through a subsequent etching process to form a via hole 17 exposing the surface of the conductive layer 10, and then a photoresist pattern through a photoresist strip process. (16) is removed and the etching residue is removed by a cleaning process.

이어서 도 1c에 도시된 바와 같이, 비아홀(17)이 형성된 전체 구조 상부에 반사방지막(18)을 형성하는 바, 이는 포토레지스트의 노광시 난반사를 방지하는 고유의 역할과 비아홀(17) 형성에 따라 노출된 전도층(10)의 후속 트렌치 식각 공정에 따른 손상을 방지하기 위한 배리어로서의 역할을 하기 위한 것으로, 주로 유기계열을 사용하여 비아홀(17)을 매립할 수 있을 정도의 두께로 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1C, an anti-reflection film 18 is formed on the entire structure in which the via holes 17 are formed, which serves to prevent diffuse reflection upon exposure of the photoresist and to form the via holes 17. In order to serve as a barrier for preventing damage due to the subsequent trench etching process of the exposed conductive layer 10, the via hole 17 is formed to a thickness sufficient to fill the via hole 17.                         

반사방지막(18) 상에 포토레지스트를 소정의 두께로 도포한 다음, ArF 또는 KrF 등의 노광원(도시하지 않음)과 소정의 레티클(도시하지 않음)을 이용하여 포토레지스트의 소정 부분을 선택적으로 노광하고, 현상 공정을 통해 노광 공정을 통해 노광되거나 혹은 노광되지 않은 부분을 잔류시킨 다음, 후세정 공정 등을 통해 식각 잔류물을 제거함으로써 트렌치 구조를 정의하기 위한 포토레지스트 패턴(19)을 형성한다. 도시된 'T'는 트렌치 형성 영역을 나타낸다. 이 때, 트렌치 형성 영역 내에 비아홀(17) 영역이 오버랩되도록 한다.The photoresist is coated on the antireflection film 18 to a predetermined thickness, and then a predetermined portion of the photoresist is selectively selected using an exposure source (not shown) such as ArF or KrF and a predetermined reticle (not shown). The photoresist pattern 19 for defining the trench structure is formed by exposing and leaving portions exposed or unexposed through the exposure process through the developing process, and then removing the etching residue through the post-cleaning process or the like. . 'T' shown represents the trench formation region. At this time, the via hole 17 region is overlapped in the trench formation region.

한편, 비아홀(17)에 매립된 반사방지막(18) 상단에서 도면부호 '20a'와 같은 레지스트 포이즈닝(Resist poisoning) 현상이 발생한다.On the other hand, a resist poisoning phenomenon such as '20a' occurs at the top of the antireflection film 18 embedded in the via hole 17.

이러한 레지스트 포이즈닝 현상(20a)은 트렌치 형성용 포토레지스트 패턴(19) 형성을 위한 포토리소그라피(Photolithography) 공정에서 저유전율막을 사용하는 제2절연막(14)으로부터 발생한(Evolving) N-H계 화합물(N-H species)에 의해 발생한다.The resist poisoning phenomenon 20a is a NH compound (Evolving) generated from the second insulating film 14 using the low dielectric constant film in the photolithography process for forming the photoresist pattern 19 for trench formation. Caused by).

이러한 포이즈닝 메카니즘(Poisoning mechanism)에 의한 포이즈닝 현상(20a)은 후속 트렌치 형성을 위한 식각 공정에서 식각 장벽 역할을 한다.The poisoning phenomenon 20a by this poisoning mechanism serves as an etch barrier in an etching process for subsequent trench formation.

계속해서 도 1d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(19)을 식각마스크로 반사방지막(18)과 제2절연막(14)을 선택적으로 식각하여 트렌치(21)를 형성하는 바, 이 때 통상적인 비아퍼스트 듀얼 다마신 공정에서는 비아홀(17)에 의해 노출된 전도층(10)은 반사방지막(18)에 의해 보호된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, the trench 21 is formed by selectively etching the antireflection film 18 and the second insulating film 14 using the photoresist pattern 19 as an etch mask. In the via first dual damascene process, the conductive layer 10 exposed by the via hole 17 is protected by the antireflection film 18.

그러나, 전술한 바와 같이 N-H계 화합물에 의한 포이즈닝 현상(20a)은 트렌 치(21) 식각 과정에서 도면부호 '20b'와 같이 식각 장벽 역할을 한다.However, as described above, the poisoning phenomenon 20a due to the N-H-based compound serves as an etching barrier as shown by reference numeral 20b in the trench 21 etching process.

따라서, 비아홀(17) 영역의 전도층(10)이 노출되지 않아 소자 불량을 유발하게 된다.Therefore, the conductive layer 10 in the via hole 17 region is not exposed, causing device failure.

도 2는 도 1c의 공정 단면을 도시한 SEM 사진이며, 도 3은 도 1d의 공정 단면을 도시한 단면 SEM 사진이다.FIG. 2 is an SEM photograph showing the process cross section of FIG. 1C, and FIG. 3 is an SEM photograph showing the process cross section of FIG. 1D.

도 2를 참조하면, 트렌치 형성용 포토레지스트 패턴(19) 형성을 위한 포토리소그라피 공정에서 저유전율막을 사용하는 제2절연막(14)으로부터 방출된 N-H계 화합물에 의해 비아홀(17)을 채우고 있는 반사방지막(18) 상단에서 레지스트 포이즈닝(20a)이 발생한 상태를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the photolithography process for forming the trench-forming photoresist pattern 19, an anti-reflection film filling the via hole 17 by NH-based compound emitted from the second insulating film 14 using the low dielectric constant film. (18) The state where the resist poisoning 20a has occurred can be confirmed at the upper end.

도 3을 참조하면, 도 1d에서 설명한 바와 같이 포이즈닝 현상에 의해 식각 장벽(20b)이 발생하며, 이로 인해 비아홀(17)이 오픈되지 않았음을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 3, as described in FIG. 1D, an etching barrier 20b is generated by the poisoning phenomenon, and thus, the via hole 17 is not opened.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 듀얼다마신 공정에서의 트렌치 형성시 레지스트 포이즈닝 현상에 의한 비아홀 오픈 결함을 방지할 수 있는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention is to solve the problems of the prior art, to provide a semiconductor device manufacturing method using a dual damascene process that can prevent via hole open defects due to resist poisoning phenomenon when forming the trench in the dual damascene process. Its purpose is to.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전도층 상에 절연막과 식각정지막 및 저유전율막을 차례로 형성하는 단계; 상기 저유전율막 상에 트렌치 예정 영역을 정의하기 위한 제1하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1하드마스크 패턴 상에 상기 트렌치 예정 영역과 오버랩되도록 비아홀 예정 영역을 정의하기 위한 제2하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2하드마스크 패턴을 식각마스크로 상기 저유전율막과 상기 식각정지막 및 상기 절연막을 차례로 식각하여 상기 전도층을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 제2하드마스크 패턴을 제거하여 상기 식각정지막을 노출시키는 트렌치를 형성함으로써, 듀얼 다마신 구조를 형성하는 단계; 및 상기 듀얼 다마신 구조에 노출된 상기 전도층에 도통되는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object, the step of sequentially forming an insulating film, an etch stop film and a low dielectric constant film on the conductive layer; Forming a first hard mask pattern on the low dielectric constant layer to define a trench region; Forming a second hard mask pattern on the first hard mask pattern to define a via hole predetermined area to overlap the trench predetermined area; Forming a via hole exposing the conductive layer by sequentially etching the low dielectric constant layer, the etch stop layer, and the insulating layer using the second hard mask pattern as an etch mask; Forming a dual damascene structure by removing the second hard mask pattern to form a trench to expose the etch stop layer; And forming a metal wiring electrically connected to the conductive layer exposed to the dual damascene structure.

본 발명은 이중의 하드마스크 형성 공정을 통해 금속 배선이 형성될 부위에 대한 패턴 형성을 위한 트렌치 형성 공정과 비아홀 형성을 위한 비아 형성 공정을 진행한 후, 이들 이중 하드마스크 패턴과 하지 층간절연막간의 플라즈마 식각시 선택적인 건식식각 특성을 이용하여 효과적으로 듀얼 다마신 공정을 진행한 다음, 배리어 금속 및 구리 금속을 증착한 다음 제1하드마스크층으로 사용된 질화막을 CMP 배리어로 이용하여 금속배선 형성 공정을 완료한다.
According to an embodiment of the present invention, after a trench forming process for forming a pattern for a portion where a metal wiring is to be formed and a via forming process for forming a via hole through a double hard mask forming process, the plasma between the double hard mask pattern and the underlying interlayer insulating film is formed. After etching, the dual damascene process is effectively performed using the selective dry etching characteristics, and then the barrier metal and copper metal are deposited, and the metallization process is completed by using the nitride film used as the first hard mask layer as the CMP barrier. do.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.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 can easily implement the technical idea of the present invention.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 상세하게 후술한다.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing process using a dual damascene process according to an embodiment of the present invention, which will be described later in detail.

도 4a를 참조하면, 플러그 또는 금속배선 등의 전도층(40) 상에 산화막 계열의 절연막(41)과 질화막 계열의 식각정지막(42)과 저유전율막(43)이 형성되어 있으며, 그 상부에 트렌치를 정의하기 위한 제1하드마스크(44)가 형성되어 있으며, 하드마스크(44) 상부에는 트렌치 영역을 정의하는 제1하드마스크(44)의 패턴 형성을 위해 사용된 포토레지스트 패턴(45)이 점선으로 도시되어 있다. 여기서, 도시된 't'는 트렌치 예정영역을 나타낸다.Referring to FIG. 4A, an oxide film-based insulating film 41, a nitride film-based etch stop film 42, and a low dielectric constant film 43 are formed on a conductive layer 40 such as a plug or metal wiring. A first hard mask 44 is formed in the trench to form a trench, and the photoresist pattern 45 used to form a pattern of the first hard mask 44 defining the trench region is formed on the hard mask 44. This is shown by the dotted line. Here, 't' illustrated represents a trench planned region.

한편, 전술한 절연막(41)은 BSG(Boro Silicate Glass)막, BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, HDP(High Density Plasma) 산화막 또는 USG(Undoped Silicate Glass)막 등이 다층구조인 것을 포함하며, 도시된 바와 같이 절연막(41)과 저유전율막(43) 사이와 전도층(40) 상부에는 식각 공정에 따른 전도층(40) 및 절연막(41)과 저유전율막(43)의 손상을 방지하고 식각 프로파일을 얻기 위해 식각정지 역할을 하는 질화막 계열의 다수의 식각정지막(42)이 형성되어 있는 바, 도면의 간략화를 위해 식각정지막(42) 하나 만을 도시하였다.On the other hand, the insulating film 41 is a BSG (Boro Silicate Glass) film, BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) film, PSG (Phospho Silicate Glass) film, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, HDP (High Density Plasma) oxide film Or USG (Undoped Silicate Glass) film or the like having a multi-layer structure, as shown in the conductive layer 40 according to the etching process between the insulating film 41 and the low dielectric constant film 43 and the conductive layer 40 above And a plurality of nitride stop films 42 serving as etch stops are formed to prevent damage to the insulating film 41 and the low dielectric constant film 43 and to obtain an etch profile. Only one stop film 42 is shown.

여기서, 제1하드마스크(44)는 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막 등의 질화막 계열을 사용한다.Here, the first hard mask 44 uses a nitride film series such as a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.

도 4b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(45)을 피알 스트립(PR strip) 공정을 통해 제거하고, 전면에 제2하드마스크용 폴리실리콘막을 증착한 다음, 비아홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴(47)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(47)을 식각마스크로 제2하드마스크용 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하여 비아홀 예정 영역(V)을 정의하는 제2하드마스크(46)를 정의한다.As shown in FIG. 4B, the photoresist pattern 45 is removed through a PR strip process, a polysilicon film for a second hard mask is deposited on the entire surface, and then the photoresist pattern 47 for forming a via hole. ) And a second hard mask 46 defining the via hole predetermined region V by selectively etching the polysilicon film for the second hard mask using the photoresist pattern 47 as an etching mask.

이 때, 비아홀 예정 영역(V)은 트렌치 예정 영역(t)과 오버랩되도록 하는 것이 중요하다.At this time, it is important that the via hole planning area V overlaps the trench planning area t.

제2하드마스크(46)의 재료로는 전술한 바와 같이 폴리실리콘막을 사용하는 바, 도핑된 것(Doped polysilicon)과 언도프드 폴리실리콘막(Undoped polysilicon) 모두 사용 가능하다.As the material of the second hard mask 46, a polysilicon film is used as described above, and both a doped polysilicon and an undoped polysilicon can be used.

제2하드마스크(46)를 식각마스크로 저유전율막(46)과 식각정지막(42) 및 절연막(41)을 차례로 식각하여 전도층(40) 표면을 노출시키는 비아홀(48)을 형성한다.The low dielectric constant film 46, the etch stop film 42, and the insulating film 41 are sequentially etched using the second hard mask 46 as an etch mask to form a via hole 48 exposing the surface of the conductive layer 40.

한편, 전도층(40) 상에는 통상적으로 질화막 계열의 식각정지막을 사용하나 설명의 간략화를 위해 생략하였다.On the other hand, the nitride layer-based etch stop film is typically used on the conductive layer 40, but is omitted for simplicity of explanation.

도 4c는 비아홀(48)이 형성된 단면을 나타낸다.4C shows a cross section in which the via hole 48 is formed.

종래의 경우 포토레지스트 패턴 형성을 위한 포토리소그라피 공정에서 비아홀을 채우고 있는 반사방지막 상부에서 저유전율막(43)으로 부터 방출된 N-H 화합물로 인한 포이즈닝 현상을 발생하였으나, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2하드마스크(44, 46)을 식각마스크로 사용하며, 이들의 상부에서 포토레지스트 패턴을 형성함으로써, 포토레지스트 패턴 형성 과정에서 저유전율막(43)의 외부 노출을 방 지하였다. 따라서, 포이즈닝 현상을 방지할 수 있다.In the conventional case, in the photolithography process for forming a photoresist pattern, a poisoning phenomenon due to the NH compound emitted from the low dielectric constant layer 43 occurred on the antireflective layer filling the via hole, but in the embodiment of the present invention, And the second hard masks 44 and 46 as etch masks, and photoresist patterns are formed thereon to prevent external exposure of the low dielectric constant film 43 during the photoresist pattern formation. Therefore, the poisoning phenomenon can be prevented.

이어서, 제2하드마스크(46)을 제거함으로써, 트렌치(49)를 형성한다.Next, the trench 49 is formed by removing the second hard mask 46.

도 4d는 트렌치(49)와 비아홀(48)이 동시에 형성되어 듀얼 다마신 구조를 이루고 있는 공정 단면을 도시한다.FIG. 4D shows a process cross section in which the trench 49 and the via hole 48 are formed simultaneously to form a dual damascene structure.

도 4e는 비아홀(48) 및 트렌치(49)를 매립하는 전도막 패턴이 형성된 단면을 도시하는 바, 여기서는 배리어막(50)과 금속배선(51)이 적층되어 CMP를 통해 저유전율막(43)과 평탄화된 것을 그 일예로 하였다.FIG. 4E illustrates a cross-section in which a conductive film pattern for filling the via hole 48 and the trench 49 is formed, in which the barrier film 50 and the metal wiring 51 are stacked to form a low dielectric constant film 43 through the CMP. And flattened as an example.

여기서, 배리어막(50)은 TiW, Ti, TiN, WN, TaW 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 사용하여 형성하며, 금속배선(51)은 Al, Ag, Au, W 또는 Cu 등의 물질을 사용한다.Here, the barrier layer 50 is formed using at least one material selected from the group consisting of TiW, Ti, TiN, WN, TaW, and TaN, and the metal wiring 51 is formed of Al, Ag, Au, W, or Cu. Use of substance.

한편, 전술한 예에서는 전도막 패턴을 배리어금속막(50)과 금속배선(51)이 적층된 것을 그 일예로 하였으나, TiW, Ti, TiN, WN, TaW, Al, W, Cu 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 하나의 금속배선을 이루는 구조 또한 가능하다.Meanwhile, in the above-described example, the conductive metal pattern 50 is formed by laminating the barrier metal film 50 and the metal wiring 51. However, the conductive film pattern includes TiW, Ti, TiN, WN, TaW, Al, W, Cu, and TaN. It is also possible to have a structure in which at least one selected from the group constitutes one metal wiring.

한편, 전술한 Al, W 또는 Cu 등을 증착시 비전해법(Electroless), 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 이하 MOCVD라 함)법, 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition; 이하 PVD라 함) 등을 이용한다.
On the other hand, when depositing the above-described Al, W or Cu and the like (Electroless), Metal Organic Chemical Vapor Deposition (hereinafter referred to as MOCVD) method, Physical Vapor Deposition (hereinafter referred to as PVD) ) And the like.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 비아퍼스트 방식의 듀얼 다마신 공정에서 저유전율막의 포이즈닝 현상에 의한 분제점을 극복하기 위해 제1 및 제2하 드마스크를 각각 비아홀과 트렌치를 정의하여 저유전율막이 포토레지스트 패턴 형성에 따른 공정에 직접적으로 노출되지 않도록 함으로써, 저유전율막의 포이즈닝 현상에 의한 비이홀 오픈 결함을 방지할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
According to the present invention made as described above, in order to overcome the problem caused by the poisoning phenomenon of the low dielectric constant film in the via first dual damascene process, the first and second hard masks are defined to define the via holes and the trenches, respectively, to obtain a low dielectric constant. It has been found through examples that the film is not directly exposed to a process resulting from photoresist pattern formation, thereby preventing the non-hole open defect caused by the poisoning phenomenon of the low dielectric constant film.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 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 idea 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 바와 같은 본 발명은, 듀얼 다마신 공정에서 저유전율막의 포이즈닝 현상 방지할 수 있어, 궁극적으로 반도체소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention can prevent the phenomenon of poisoning of the low dielectric constant film in the dual damascene process, and ultimately, an excellent effect of improving the yield and reliability of the semiconductor device can be expected.

Claims (6)

전도층 상에 절연막과 식각정지막 및 저유전율막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming an insulating film, an etch stop film, and a low dielectric constant film on the conductive layer; 상기 저유전율막 상에 트렌치 예정 영역을 정의하기 위한 제1하드마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a first hard mask pattern on the low dielectric constant layer to define a trench region; 상기 제1하드마스크 패턴 상에 상기 트렌치 예정 영역과 오버랩되도록 비아홀 예정 영역을 정의하기 위한 제2하드마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a second hard mask pattern on the first hard mask pattern to define a via hole predetermined area to overlap the trench predetermined area; 상기 제2하드마스크 패턴을 식각마스크로 상기 저유전율막과 상기 식각정지막 및 상기 절연막을 차례로 식각하여 상기 전도층을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계;Forming a via hole exposing the conductive layer by sequentially etching the low dielectric constant layer, the etch stop layer, and the insulating layer using the second hard mask pattern as an etch mask; 상기 제2하드마스크 패턴을 제거하여 상기 식각정지막을 노출시키는 트렌치를 형성함으로써, 듀얼 다마신 구조를 형성하는 단계; 및Forming a dual damascene structure by removing the second hard mask pattern to form a trench to expose the etch stop layer; And 상기 듀얼 다마신 구조에 노출된 상기 전도층에 도통되는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하고,Forming a metal interconnect conductive to the conductive layer exposed to the dual damascene structure, 상기 제1하드마스크 패턴은 질화막 계열이며, 상기 제2하드마스크 패턴은 폴리실리콘막인 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법.The first hard mask pattern is a nitride film-based, and the second hard mask pattern is a polysilicon film, characterized in that the semiconductor device manufacturing method using a dual damascene process. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속배선은, Al, Ag, Au, W 또는 Cu 중 어느 하나를 사용하는 것 임을 특징으로 하는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법.The metal wiring is a semiconductor device manufacturing method using a dual damascene process, characterized in that using any one of Al, Ag, Au, W or Cu. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 금속배선과 상기 노출된 전도층 사이에 게재되며, TiW, Ti, TiN, WN, TaW 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 사용하는 배리어막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법.And a barrier film disposed between the metallization and the exposed conductive layer, the barrier layer using at least one selected from the group consisting of TiW, Ti, TiN, WN, TaW, and TaN. Semiconductor device manufacturing method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속배선은 TiW, Ti, TiN, WN, TaW, Al, W, Cu 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 사용하는 것 임을 특징으로 하는 듀얼 다마신 공정을 이용한 반도체소자 제조방법.The metal wiring is a semiconductor device manufacturing method using a dual damascene process, characterized in that using at least one selected from the group consisting of TiW, Ti, TiN, WN, TaW, Al, W, Cu and TaN.
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