KR100193889B1 - Via hole formation method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 제공하는 것으로, 감광막 제거시 사용되는 산소플라즈마로부터 SOG막의 노출을 보호하여 SOG막의 과도식각으로 인한 함몰부를 방지하므로써 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a method for forming a via hole of a semiconductor device, and protects the exposure of the SOG film from the oxygen plasma used to remove the photoresist, thereby preventing the depression caused by the excessive etching of the SOG film, thereby improving the yield of the device.

Description

반도체 소자의 비아홀 형성방법Via hole formation method of semiconductor device

제1a도 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 비아콘택 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A and 1B are cross-sectional views of a device for explaining a via contact forming method of a conventional semiconductor device.

제2a도 내지 제2g도는 종래 반도체 소자의 비아홀 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.2A to 2G are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming a via hole in a conventional semiconductor device.

제3a도 내지 제3f도는 본 발명에 따른 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.3A to 3F are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming a via hole in a semiconductor device according to the present invention.

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

1A, 1 및 11 : 실리콘기판 2A, 2 및 12 : 금속막1A, 1 and 11: Silicon substrates 2A, 2 and 12: Metal film

3A : 금속층간 절연막 3 및 13 : 제1금속층간 절연막3A: interlayer insulating film 3 and 13: first interlayer insulating film

4A, 4 및 14 : SOG막 5 및 15 : 제2금속층간 절연막4A, 4 and 14: SOG film 5 and 15: Second interlayer insulating film

6 및 16 : 감광막 7 및 17 : 비아홀6 and 16: photosensitive film 7 and 17: via hole

8 및 18 : 금속층 19 : 베리어층8 and 18: metal layer 19: barrier layer

본 발명은 반도체 소자의 비아홀 형성방법에 관한 것으로 특히, 다층 금속배선간 접속을 위한 반도체 소자의 비아홀 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a via hole of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a via hole of a semiconductor device for connection between multilayer metal interconnections.

일반적으로 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 금속배선은 다층구조로 이루어지고 있으며, 이들 금속배선간의 공간을 채우기 위하여 갭필링(Gap Filling)특성이 매우 양호한 SOG가 주로 사용된다. 그러면 종래 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.In general, as semiconductor devices are highly integrated, metal wirings have a multi-layered structure, and SOG having a very good gap filling property is mainly used to fill a space between these metal wirings. Next, a method of forming a via hole of a conventional semiconductor device will be described with reference to the accompanying drawings.

제1a도 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 비아콘택(VIA Contact)형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이며, 제2a도 내지 제2g도는 종래 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views of a device for describing a method of forming a via contact of a conventional semiconductor device, and FIGS. 2A to 2G are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming a via hole of a conventional semiconductor device. .

먼저 제1a도는 다수의 금속막(2A)이 형성된 실리콘기판(1A)의 전체 상부면에 금속층간 절연막(Inter Metal Oxide)(3A)을 형성한 후 그 위에 SOG막(4A)을 형성한 상태의 단면도이다. 또한 상기 SOG막(4A)은 금속막(2A)의 평탄화를 위해 사용한다.First, in FIG. 1A, an intermetal oxide layer 3A is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1A on which the plurality of metal films 2A are formed, and then the SOG film 4A is formed thereon. It is a cross section. The SOG film 4A is used for planarization of the metal film 2A.

제1b도는 상기 실리콘기판(1A)의 전체 상부면을 전면식각한 상태의 단면도이다. 이때 상기 SOG막(4A)은 유기성분을 함유하고 있으므로 상기 금속층간 절연막(3A)이 노출될때 발생되는 산소(Oxygen)에 의해 상기 SOG막(4A)의 식각비율이 증가함에 따라서 상기 금속막(2A)이 노출된 부분은 상기 SOG막(4A)이 많이 식각되고(a부분), 상기 금속막(2A)이 노출되지 않은 부분은 상기 SOG막(4A)이 조금 식각된다(b부분). 그러므로 상기 SOG막(4A)의 서로 다른 식각비율로 인하여 한 웨이퍼내에서도 금속막(2A)의 평탄화에 많은 어려움을 야기시킨다.FIG. 1B is a cross-sectional view of the entire upper surface of the silicon substrate 1A after etching. In this case, since the SOG film 4A contains an organic component, the etching rate of the SOG film 4A is increased by oxygen generated when the interlayer insulating film 3A is exposed. ), The SOG film 4A is etched much in the exposed portion (part a), and the SOG film 4A is slightly etched in the part where the metal film 2A is not exposed (part b). Therefore, due to different etching ratios of the SOG film 4A, many difficulties are caused in planarization of the metal film 2A even in one wafer.

제2a도 내지 제2g도는 종래 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views of devices for explaining a method of forming via holes in a conventional semiconductor device.

제2a도는 금속막(2)이 형성된 실리콘기판(1)상에 제1금속층간 절연막(3), SOG막(4) 및 제2금속층간 절연막(5)을 순차적으로 형성시킨 상태의 단면도이며, 제2b도는 상기 제2금속층간 절연막(5)상에 감광막(6)을 형성한 후 마스크(도시안됨)를 이용하여 상기 감광막(6)을 패터닝한 상태의 단면도이다.FIG. 2A is a cross-sectional view of a state in which the first interlayer insulating film 3, the SOG film 4 and the second interlayer insulating film 5 are sequentially formed on the silicon substrate 1 on which the metal film 2 is formed. FIG. 2B is a cross-sectional view of the photoresist film 6 patterned using a mask (not shown) after forming the photoresist film 6 on the second interlayer insulating film 5.

제2c도는 상기 감광막(6)을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막(5)을 습식식각한 상태의 단면도이며, 제2d도는 상기 금속막(2)이 노출되는 시점까지 상기 감광막(6)을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막(5). SOG막(4) 및 제1금속층간 절연막(3)을 비등방성 식각하여 비아홀(7)을 형성한 상태의 단면도이다.FIG. 2C is a cross-sectional view of a wet etching state of the second interlayer insulating film 5 using the photosensitive film 6 as a mask, and FIG. 2D illustrates the photosensitive film 6 until a time point at which the metal film 2 is exposed. The second interlayer insulating film 5 is used as a mask. The SOG film 4 and the first intermetallic insulating film 3 are anisotropically etched to form the via holes 7.

제2e도는 상기 감광막(6)을 제거한 상태의 단면도이다. 이때 상기 감광막(6)을 제거하기 위하여 산소플라즈마(Oxygen Plasma)를 사용하므로써 SOG막(4)의 노출된 부분이 과도식각되기 때문에 함몰부(c)가 형성된다.FIG. 2E is a cross-sectional view of the state in which the photosensitive film 6 is removed. At this time, since the exposed portion of the SOG film 4 is excessively etched by using an oxygen plasma to remove the photosensitive film 6, a depression c is formed.

제2f도는 상기 전체 상부면에 금속층(8)을 증착한 상태의 단면도이며, 제2g도는 상기 제2f도의 A부분을 확대한 단면도이다. 상기 증착되는 금속층(8)은 제2g도에 도시한 바와같이 SOG막(4)의 함몰부(c)에서 전기적으로 단락되어 소자의 수율이 떨어지는 문제점이 있다.FIG. 2F is a cross-sectional view of the metal layer 8 deposited on the entire upper surface, and FIG. 2G is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 2F. The deposited metal layer 8 is electrically shorted at the recessed portion c of the SOG film 4 as shown in FIG. 2G, thereby lowering the yield of the device.

따라서 본 발명은 감광막 제거시 사용되는 산소플라즈마로부터 SOG막의 노출을 방지하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a via hole in a semiconductor device which can solve the above-mentioned disadvantages by preventing exposure of the SOG film from the oxygen plasma used for removing the photoresist film.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속막이 형성된 실리콘기판상에 제1금속층간 절연막, SOG막, 제2금속층간 절연막 및 베리어층을 순차적으로 형성하는 제1단계와, 상기 제1단계로부터 상기 베리어층상에 감광막을 형성하고, 마스크를 이용하여 상기 감광막을 패터닝한 후 상기 감광막을 마스크로 이용하여 베리어층을 식각하는 제2단계와, 상기 제2단계로 부터 상기 감광막을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막을 습식식각한후 상기 감광막을 제거하는 제3단계와, 상기 제3단계로부터 상기 금속막이 노출되는 시점까지 상기 베리어층을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막, SOG막 및 제1금속층간 절연막을 비등방성 식각하여 비아홀을 형성한 후 상기 베리어층을 제거하는 제4단계와, 상기 제4단계로부터 상기 전체 상부면에 금속층을 증착하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a first step of sequentially forming a first interlayer insulating film, an SOG film, a second interlayer insulating film and a barrier layer on a silicon substrate on which a metal film is formed; Forming a photoresist film on the barrier layer, patterning the photoresist film using a mask, and then etching the barrier layer using the photoresist film as a mask; and using the photoresist film as a mask from the second step. A third step of removing the photosensitive film after wet etching the interlayer insulating film; and using the barrier layer as a mask from the third step to the time when the metal film is exposed, using the second interlayer insulating film, the SOG film, and the first metal. An anisotropic etching of the interlayer insulating film to form a via hole, and then removing the barrier layer; and depositing a metal layer on the entire upper surface from the fourth step. It is characterized by comprising a fifth stage.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

제3a도 내지 제3f도는 본 발명에 따른 반도체 소자의 비아홀 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views of devices for explaining a method of forming via holes in a semiconductor device according to the present invention.

제3a도는 금속막(12)이 형성된 실리콘기판(11)상에 제1금속층간 절연막(13), SOG막(14), 제2금속층간 절연막(15) 및 베리어층(19)을 순차적으로 형성시킨 상태의 단면도이다. 상기 베리어층(19)은 이후 하드마스크(Hard Mask)의 역활을 하게 된다.3A shows a first interlayer insulating film 13, an SOG film 14, a second interlayer insulating film 15, and a barrier layer 19 sequentially formed on the silicon substrate 11 on which the metal film 12 is formed. It is sectional drawing of the made state. The barrier layer 19 then serves as a hard mask.

제3b도는 상기 베리어층(19)상에 감광막(16)을 형성하고, 마스크(도시안됨)을 이용하여 상기 감광막(16)을 패터닝한 후 상기 감광막(16)을 마스크로 이용하여 베리어층(19)을 식각한 상태의 단면도이다.3B illustrates that the photoresist layer 16 is formed on the barrier layer 19, the photoresist layer 16 is patterned using a mask (not shown), and the barrier layer 19 is formed using the photoresist layer 16 as a mask. ) Is a cross-sectional view of the state etched.

제3c도는 상기 감광막(16)을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막(15)을 습식식각한 후 상기 감광막(16)을 제거한 상태의 단면도이다. 상기 제2금속층간 절연막(15)의 습식식각은 상기 감광막(16)을 제거한 후 상기 베리어층(19)을 마스크로 이용하여 실시하여도 된다.3C is a cross-sectional view of the photoresist layer 16 after the second interlayer insulating layer 15 is wet-etched using the photoresist layer 16 as a mask. The wet etching of the second interlayer insulating film 15 may be performed using the barrier layer 19 as a mask after removing the photosensitive film 16.

제3d도는 상기 금속막(12)이 노출되는 시점까지 상기 베리어층(19)을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막(15), SOG막(14) 및 제1금속층간 절연막(13)을 비등방성 식각하여 비아홀(17)을 형성한 후 상기 베리어층(19)을 제거한 상태의 단면도이다. 상기 베리어층(19)이 마스크로 이용될 때에는 상기 베리어층(19)에 대해 금속층간 절연막(13 및 15) 및 SOG막(14)의 선택식각비가 높아야 하며, 상기 베리어층(19)을 제거 할때에는 금속막(12) 및 제2금속층간 절연막(15)에 대해 상기 베리어층(19)의 선택식각비가 높아야 한다. 그러므로 상기 베리어층(19)은 폴리실리콘 혹은 질화막등을 사용하며 그 두께는 3000 내지 5000Å으로 한다.3D illustrates the second interlayer insulating film 15, the SOG film 14, and the first intermetallic insulating film 13 using the barrier layer 19 as a mask until the metal layer 12 is exposed. After forming the via hole 17 by isotropic etching, the sectional view of the barrier layer 19 is removed. When the barrier layer 19 is used as a mask, the selective etching ratio of the interlayer insulating films 13 and 15 and the SOG film 14 to the barrier layer 19 must be high, and the barrier layer 19 can be removed. In this case, the selective etching ratio of the barrier layer 19 to the metal layer 12 and the second interlayer insulating layer 15 should be high. Therefore, the barrier layer 19 uses polysilicon or a nitride film, and the thickness thereof is 3000 to 5000 kPa.

제3e도는 상기 전체 상부면에 금속층(18)을 증착한 상태의 단면도이며, 제3f도는 상기 제3e도에서 A부분을 확대한 단면도이다. 상기 증착되는 금속층(18)은 노출된 상기 SOG막(14)에 함몰부가 생기지 않으므로 정상적인 증착이 이루어지게 된다.FIG. 3E is a cross-sectional view of the metal layer 18 deposited on the entire upper surface, and FIG. 3F is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 3E. Since the deposited metal layer 18 does not have depressions in the exposed SOG film 14, normal deposition is performed.

상술한 바와같이 본 발명에 의하면 감광막 제거시 사용되는 산소플라즈마로부터 SOG막의 노출을 보호하여 SOG막의 과도식각을 방지하므로써 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by protecting the exposure of the SOG film from the oxygen plasma used to remove the photoresist film, it is possible to improve the yield of the device by preventing excessive etching of the SOG film.

Claims (5)

금속막이 형성된 실리콘 기판상에 제1금속층간 절연막, SOG막, 제2금속층간 절연막 및 베리어층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 베리어층상에 감광막을 형성하고, 마스크를 이용하여 상기 감광막을 패터닝한 후 상기 패터닝된 감광막을 마스크로 이용하여 베리어층을 식각하는 단계와, 상기 감광막을 마스크로 이용하여 제2금속층간 절연막의 일부를 습식식각한 후 상기 감광막을 제거하는 단계와, 상기 금속막이 노출되는 시점까지 상기 베리어층을 마스크로 이용하여 잔류하는 제2금속층간 절연막, SOG막 및 제1금속층간 절연막을 비등방성 식각하여 비아홀을 형성한 후 상기 베리어층을 제거하는 단계와, 전체구조상부에 금속층을 증착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 비아홀 형성 방법.Sequentially forming a first interlayer insulating film, an SOG film, a second intermetallic insulating film, and a barrier layer on the silicon substrate on which the metal film is formed; forming a photosensitive film on the barrier layer, and patterning the photosensitive film using a mask. And etching the barrier layer using the patterned photoresist as a mask, wet etching a portion of the second intermetallic insulating layer using the photoresist as a mask, and then removing the photoresist, and exposing the metal layer. Anisotropically etching the remaining second interlayer insulating film, the SOG film, and the first interlayer insulating film by using the barrier layer as a mask to form a via hole, and then removing the barrier layer; Via hole forming method of a semiconductor device comprising the step of depositing. 제1항에 있어서, 상기 베리어층은 폴리실리콘층 및 질화막 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 비아홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the barrier layer is formed using any one of a polysilicon layer and a nitride film. 제1항 내지 제2항에 있어서, 상기 베리어층의 두께는 3000 내지 5000Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 비아홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the barrier layer has a thickness of about 3000 to about 5000 microns. 제1항에 있어서, 상기 베리어층이 마스크로 이용될때에는 상기 베리어층에 대해 상기 제1및 제2금속층간 절연막과 SOG막의 선택식각비가 높도록 하고, 상기 베리어층이 제거될 때에는 금속막 및 제2금속층간 절연막에 대해 상기 베리어층의 선택식각비가 높도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 비아홀 형성방법.2. The method of claim 1, wherein when the barrier layer is used as a mask, the selective etching ratio between the first and second intermetallic insulating layers and the SOG film is high with respect to the barrier layer, and when the barrier layer is removed, the metal layer and the second A method of forming a via hole in a semiconductor device, characterized in that the selective etching ratio of the barrier layer is high with respect to the interlayer insulating film. 제1항에 있어서, 상기 제2금속층간 절연막의 습식식각은 상기 감광막을 제거한 후 상기 베리어층을 마스크로 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 비아홀 형성방법.The method of claim 1, wherein the wet etching of the second interlayer insulating film is performed by removing the photosensitive film and using the barrier layer as a mask.
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