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KR100356476B1 - Method of forming a inter-metal dielectric layer in a damascene process - Google Patents

Method of forming a inter-metal dielectric layer in a damascene process Download PDF

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KR100356476B1
KR100356476B1 KR1019990065044A KR19990065044A KR100356476B1 KR 100356476 B1 KR100356476 B1 KR 100356476B1 KR 1019990065044 A KR1019990065044 A KR 1019990065044A KR 19990065044 A KR19990065044 A KR 19990065044A KR 100356476 B1 KR100356476 B1 KR 100356476B1
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insulating film
damascene process
forming
interlayer insulating
semiconductor device
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정철모
권혁진
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주식회사 하이닉스반도체
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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    • H01L21/76835Combinations of two or more different dielectric layers having a low dielectric constant

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 다마신(damascene) 공정에서 금속층간 절연막(IMD)의 형성 방법에 관한 것으로, 종래의 금속층간 절연막의 높은 두께로 인하여 소자의 집적도가 저하되고 소자 동작시 RC 지연이 심화되는 문제점을 해결하기 위하여, 실리콘 산화막 및 불화 비정질 탄소층(Fluorinated Amorphous Carbon; a-F;C)의 적층 구조로 금속층간 절연막을 형성하므로써, 금속층간 절연막의 두께 증가 없이 낮은 유전율을 갖도록 할 수 있고, 불화 비정질 탄소층이 식각 정지층 역할을 하므로써, 다마신 공정을 더욱 간단화 시키면서 동시에 소자의 집적도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막의 형성 방법이 개시된다.The present invention relates to a method of forming an interlayer dielectric (IMD) in a damascene process of a semiconductor device, and due to the high thickness of a conventional interlayer dielectric, the integration of the device is reduced and the RC delay is increased during the operation of the device. In order to solve the problem, by forming an intermetallic insulating film in a stacked structure of a silicon oxide film and a fluorinated amorphous carbon layer (aF; C), it is possible to have a low dielectric constant without increasing the thickness of the intermetallic insulating film, fluorinated amorphous Since the carbon layer serves as an etch stop layer, a method of forming an intermetallic insulating film is disclosed in a damascene process of a semiconductor device capable of further simplifying the damascene process and at the same time improving the degree of integration of the device.

Description

반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법{Method of forming a inter-metal dielectric layer in a damascene process}Method of forming a inter-metal dielectric layer in a damascene process

본 발명은 반도체 소자의 다마신(damascene) 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming an interlayer insulating film in a damascene process of a semiconductor device.

반도체 소자의 집적도가 증가되면서 미세한 금속배선의 패터닝 공정이 어려워지며, 이에 따라 미세한 금속배선 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 다마신(damascene) 공정이 적용되고 있다. 그런데, 다마신 공정은 미세한 금속배선 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 장점을 갖는 대신, 금속층간 절연막으로 사용되는 실리콘 산화막의 압축 응력 및 높은 두께로 인해 소자의 불량을 발생시키고 집적도를 저하시키는 문제점이 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the patterning process of fine metal interconnections becomes difficult. Accordingly, a damascene process, which can easily form fine metal interconnect patterns, is applied. However, the damascene process has an advantage of easily forming a fine metallization pattern, but a problem of causing device defects and lowering the density due to the compressive stress and high thickness of the silicon oxide film used as the interlayer insulating film. have.

도 1은 종래 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a device illustrated to explain a method for forming an interlayer insulating film in a damascene process of a conventional semiconductor device.

먼저, 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(11) 상에 폴리실리콘간 절연막(12)을 형성하고 폴리실리콘간 절연막(12) 상에 배선 패턴시의 식각 정지층으로 사용될 제 1 실리콘 질화막(13)을 형성한다. 이후, 제 1 실리콘 질화막(13) 및 폴리실리콘간 절연막(12)의 선택된 부분을 식각하여 메탈 콘택(14)을 형성하고, 도전물질 증착 및 연마공정으로 메탈 콘택(14) 내부에만 도전물질이 매립되도록 한다. 다음에, 전체구조 상에 제 1 금속배선물질을 형성하고 메탈 콘택(14)이 형성된 부분과 접촉되도록 패터닝하여 제 1 금속배선(15)을 패터닝한다. 그리고 전체구조 상에 제 1 금속층간 절연막(16) 및 식각 정지층으로 사용되는 제 2 실리콘 질화막(17)을 형성한다. 다음에, 제 2 실리콘 질화막(17) 및 제 1 금속층간 절연막(16)의 선택된 부분을 식각하여 제 1 금속배선(15) 상면의 일부가 노출되는 비아콘택(18)을 형성한다. 이후, 도전물질 증착 및 연마공정을 통해 비아 콘택(18)이 도전물질로 매립되도록 하고, 전체구조 상에 제 2 금속층간 절연막(20)을 형성한다. 그리고 비아 콘택(18)이 노출되도록 제 2 금속층간 절연막(20)의 선택된 부분을 식각한 다음, 금속물질을 증착하고 연마하여 제 2 금속배선(19)을 형성한다.First, the first silicon to be used as an etch stop layer in the wiring pattern is formed on the inter-silicon insulating film 12 on the semiconductor substrate 11 on which various elements for manufacturing a semiconductor device are formed. The nitride film 13 is formed. Thereafter, selected portions of the first silicon nitride layer 13 and the polysilicon insulating layer 12 are etched to form the metal contact 14, and the conductive material is embedded only in the metal contact 14 by a conductive material deposition and polishing process. Be sure to Next, the first metal wiring 15 is patterned by forming a first metal wiring material on the entire structure and patterning the first metal wiring material to be in contact with the portion where the metal contact 14 is formed. A first silicon interlayer insulating film 16 and a second silicon nitride film 17 used as an etch stop layer are formed on the entire structure. Next, the selected portions of the second silicon nitride film 17 and the first interlayer insulating film 16 are etched to form a via contact 18 through which a portion of the upper surface of the first metal wire 15 is exposed. Thereafter, the via contact 18 is filled with the conductive material through a conductive material deposition and polishing process, and the second interlayer insulating film 20 is formed on the entire structure. Then, the selected portion of the second interlayer insulating film 20 is etched to expose the via contact 18, and then a metal material is deposited and polished to form the second metal wiring 19.

이와 같은 방법으로 다마신 공정을 진행하는 경우, 금속층간 절연막(16, 20)으로 사용되는 실리콘 산화막의 높은 압축 응력(compressive stress)에 의해 금속층간 절연막의 들뜸 현상(A)이 발생하거나 금속배선 측벽에서 보이드(B)가 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 금속층간 절연막 사이(16과 20 사이)에 식각 정지층으로 실리콘 질화막을 증착하는데, 실리콘 질화막은 유전율이 높기 때문에 소자 동작시 RC 지연을 유발하는 문제점이 있다. 이러한 문제 때문에 실리콘 질화막을 증착하지 않을 경우에는 식각 타겟을 재현성있게 형성하기 어렵고, 오정렬이 발생한경우에는 금속배선과 금속층간 절연막의 식각율 차이에 의해 금속층간 절연막이 식각되어 후속 공정 진행을 어렵게 한다. 뿐만 아니라, 실리콘 질화막을 형성하기 위한 추가 공정은 공정 단순화에 장점이 있는 다마신 공정의 특성을 저하시키게 된다. 그리고 금속층간 절연막으로 사용되는 실리콘 산화막의 높은 유전율 때문에 금속층간 절연막의 목표 두께를 5000Å 이상으로 함에 따라 비아 콘택의 크기가 작아지고 이로 인해 에스펙트 비(aspect ratio)가 증가하여 비아콘택 매립이 어려워진다.When the damascene process is performed in this manner, the phenomenon of lifting (A) of the interlayer insulating film occurs due to the high compressive stress of the silicon oxide film used as the interlayer insulating films 16 and 20, or the metal wiring sidewalls. There is a problem that the void (B) occurs in. In addition, the silicon nitride film is deposited as an etch stop layer between the intermetallic insulating films (between 16 and 20), and the silicon nitride film has a high dielectric constant, which causes a problem of RC delay during device operation. Because of this problem, it is difficult to form an etching target reproducibly when the silicon nitride film is not deposited, and when an misalignment occurs, the interlayer insulating film is etched due to the difference in the etching rate between the metal wiring and the interlayer insulating film, thereby making it difficult to proceed with the subsequent process. In addition, an additional process for forming a silicon nitride film degrades the characteristics of the damascene process, which is advantageous for process simplification. Due to the high dielectric constant of the silicon oxide film used as the interlayer insulating film, as the target thickness of the interlayer insulating film is 5000 Å or more, the size of the via contact is reduced, which increases the aspect ratio, making it difficult to fill the via contact. .

따라서, 본 발명은 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 유전막을 산화막과 불화 비정질 탄소층의 이중 구조로 형성하므로써, 단순한 공정으로 소자의 고집적화를 달성할 수 있는 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a dual layer structure of an oxide film and an fluorinated amorphous carbon layer in the damascene process of a semiconductor device, thereby achieving a high integration of the device in a simple process. The purpose is to provide a formation method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법은 다마신 공정에 의해 형성되는 미세 금속배선 패턴 간의 금속층간 절연막은 실리콘 산화막과 불화 비정질 탄소층의 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.In the damascene process of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object, a method of forming an interlayer metal interlayer insulating film between the fine metal wiring patterns formed by the damascene process is a laminated structure of a silicon oxide film and an fluorinated amorphous carbon layer. Characterized in that formed.

도 1은 종래 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view showing a device for explaining a method for forming an interlayer insulating film in a damascene process of a conventional semiconductor device.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법을 설명하기 위해 순차적으로 도시한 소자의 단면도.2A to 2C are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of forming an interlayer insulating film in a damascene process of a semiconductor device according to the present invention.

도 3은 고밀도 플라즈마 산화막의 온도에 따른 응력 특성을 나타내는 그래프.Figure 3 is a graph showing the stress characteristics according to the temperature of the high density plasma oxide film.

도 4a 및 4b는 불화 비정질 탄소층의 증착 가스 유량에 따른 응력 특성 및 유전상수 변화를 나타내는 그래프.4A and 4B are graphs showing changes in stress characteristics and dielectric constants according to the deposition gas flow rate of the fluorinated amorphous carbon layer.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

21 : 반도체 기판 22 : 폴리실리콘간 절연막21 semiconductor substrate 22 polysilicon interlayer insulating film

23 : 메탈 콘택 24 : 제 1 금속배선23: metal contact 24: the first metal wiring

25 : 제 1 금속층간 절연막 26 : 비아 콘택25: first interlayer insulating film 26: via contact

27 : 제 2 금속배선 28 : 제 2 금속층간 절연막27: second metal wiring 28: second metal interlayer insulating film

29 : 패시베이션막 22A, 25A : 실리콘 산화막29: passivation film 22A, 25A: silicon oxide film

22B, 25B, 29A : 불화 비정질 탄소층(a-F:C)22B, 25B, 29A: Fluorinated amorphous carbon layer (a-F: C)

29B : 실리콘 나이트라이드막29B: Silicon Nitride Film

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

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법을 설명하기 위해 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.2A through 2C are cross-sectional views of devices sequentially illustrated to explain a method for forming an interlayer insulating film in a damascene process of a semiconductor device according to the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(21) 상에 폴리실리콘간 절연막(22)을 형성한다. 폴리실리콘간 절연막(22)은 압축 응력을 갖는 제 1 실리콘 산화막(22A) 및 인장 응력을 갖는 제 1 불화 비정질 탄소(Fluorinated Amorphous Carbon; a-F;C)층(22B)의 적층 구조로 형성하거나 BPSG막을 이용하여 형성한다. 여기에서, 불화 비정질 탄소층(22B)은 증착 소오스 가스로 C4F8와 CH4또는 CF4와 CH4를 이용하여 형성하는데, 증착시 고전력만을 사용하거나 고전력과 저전력 비율을 조절하여 유전율이 낮고 인장 응력을 갖도록 한다. 그리고, CH4: C4F8= 1: 6으로 하고, C4F8의 유량을 0.2 내지 1.0slm으로 하면, 높은 인장 응력과 유전율을 갖는 불화 비정질 탄소층(22B)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2A, an inter-silicon interlayer insulating film 22 is formed on a semiconductor substrate 21 on which various elements for manufacturing a semiconductor device are formed. The inter-silicon interlayer insulating film 22 is formed of a laminated structure of a first silicon oxide film 22A having a compressive stress and a first Fluorinated Amorphous Carbon (aF; C) layer 22B having a tensile stress or a BPSG film. To form. Here, the fluorinated amorphous carbon layer 22B is formed by using C 4 F 8 and CH 4 or CF 4 and CH 4 as the deposition source gas, and the dielectric constant is low by using only high power or by controlling the high power and low power ratio during deposition. Have tensile stress. When CH 4 : C 4 F 8 = 1: 6 and the flow rate of C 4 F 8 is 0.2 to 1.0 slm, the fluorinated amorphous carbon layer 22B having high tensile stress and dielectric constant can be formed.

또한, 제 1 실리콘 산화막(22A)은 고밀도 플라즈마 USG(HDP USG)를 이용하여 형성하며, 실리콘 산화막의 유전율을 낮추기 위하여 붕소 또는 인 이온을 주입한다. 이후, 폴리실리콘간 절연막(22)의 선택된 부분을 식각하여 메탈 콘택(23)을 형성하고 도전물질 층착 및 연마 공정을 통해 메탈 콘택(23) 내부에 도전물질을 매립시킨다. 다음에, 전체구조 상에 금속물질을 증착하고 메탈 콘택(23)과 접촉되도록 패터닝하여 제 1 금속배선(24)을 형성한다. 여기에서, 폴리 실리콘간 절연막(22) 형성 후 바로 제 1 금속층간 절연막(25)을 형성하여, 메탈 콘택(23)과 금속배선이형성될 트랜치를 동시에 형성하는 듀얼(dual) 다마신 공정을 진행하는 것도 가능하다.In addition, the first silicon oxide film 22A is formed using a high density plasma USG (HDP USG), and boron or phosphorus ions are implanted to lower the dielectric constant of the silicon oxide film. Subsequently, the selected portion of the inter-silicon insulating layer 22 is etched to form the metal contact 23, and the conductive material is embedded in the metal contact 23 through the process of layering and polishing the conductive material. Next, a metal material is deposited on the entire structure and patterned to be in contact with the metal contact 23 to form the first metal wiring 24. Here, the first interlayer insulating film 25 is formed immediately after the inter-silicon insulating film 22 is formed, and a dual damascene process of simultaneously forming a metal contact 23 and a trench in which the metal wiring is to be formed is performed. It is also possible.

도 2b에 도시된 바와 같이, 전체구조 상에 제 2 실리콘 산화막(25A)을 형성하고 연마공정을 실시하여 제 1 금속배선(24)의 상면을 노출시킨다. 이후, 전체구조 상에 제 2 불화 비정질 탄소층(a-F:C, 25B)을 형성한 후 선택된 영역을 식각하여 제 1 금속배선(24) 상면의 일부가 노출되는 비아콘택(26)을 형성한다. 여기에서, 제 2 실리콘 산화막(25A) 및 제 2 불화 비정질 탄소층(25B)의 적층 구조는 제 1 금속층간 절연막(25)의 역할을 하는데, 실리콘 산화막은 압축 응력을 갖고 불화 비정질 탄소층은 인장 응력을 갖기 때문에 상호 간의 응력이 상쇄되게 된다. 또한, 불화 비정질 탄소층은 2 미만의 낮은 유전상수를 갖기 때문에 금속층간 절연막(25)의 두께를 얇게 하여도 절연특성을 높힐 수 있고, 소자 동작시의 RC 지연을 최소화할 수 있다. 제 2 불화 비정질 탄소층(25B)은 C4F8와 CH4또는 CF4와 CH4를 이용하여 형성하는데, 증착시 고전력만을 사용하거나 고전력과 저전력 비율을 조절하여 유전율이 낮고 인장 응력을 갖도록 한다. 그리고, CH4: C4F8= 1: 6으로 하고, C4F8의 유량을 0.2 내지 1.0slm으로 하면, 높은 인장 응력과 유전율을 갖는 불화 비정질 탄소층(22B)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2B, a second silicon oxide film 25A is formed on the entire structure and a polishing process is performed to expose the top surface of the first metal wiring 24. Thereafter, after forming the second fluorinated amorphous carbon layers aF: C and 25B, the selected region is etched to form a via contact 26 through which a portion of the upper surface of the first metal wire 24 is exposed. Here, the stacked structure of the second silicon oxide film 25A and the second fluorinated amorphous carbon layer 25B serves as the first interlayer insulating film 25, wherein the silicon oxide film has a compressive stress and the fluorinated amorphous carbon layer is tensile Because of the stress, the mutual stresses are canceled out. In addition, since the fluorinated amorphous carbon layer has a low dielectric constant of less than 2, even if the thickness of the intermetallic insulating film 25 is thinned, the insulating properties can be increased, and the RC delay during operation of the device can be minimized. The second fluorinated amorphous carbon layer 25B is formed using C 4 F 8 and CH 4 or CF 4 and CH 4, and uses only high power during deposition or adjusts the ratio of high power and low power to have low dielectric constant and tensile stress. . When CH 4 : C 4 F 8 = 1: 6 and the flow rate of C 4 F 8 is 0.2 to 1.0 slm, the fluorinated amorphous carbon layer 22B having high tensile stress and dielectric constant can be formed.

또한, 제 2 실리콘 산화막(25A) 증착시에는 실리콘 산화막의 유전율을 낮추기 위하여 붕소(B) 또는 인(P) 이온을 주입한다.In the deposition of the second silicon oxide film 25A, boron (B) or phosphorus (P) ions are implanted to lower the dielectric constant of the silicon oxide film.

도 2c에 도시된 바와 같이, 비아 콘택(26)이 형성된 전체구조 상에 실리콘산화막을 이용하여 제 2 금속층간 절연막(28)을 형성하고, 비아 콘택(26) 상부가 노출되도록 제 2 금속층간 절연막(28)을 식각한다. 이때, 하부의 불화 비정질 탄소층(25B)이 식각 정지층 역할을 하기 때문에 제 2 금속층간 절연막(28) 형성 전 별도의 식각 정지막을 형성하지 않아도 된다. 제 2 금속층간 절연막(28)은 되도록 스텝 커버리지 특성이 열악한 PECVD 실리콘 산화막을 이용하여 보이드가 최대가 되도록 형성한다. 이는 후속 제 2 금속배선 형성을 위한 트렌치를 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이후, 금속물질 증착 및 연마 공정을 통해 제 2 금속배선(27)을 형성한다. 그리고, 전체구조 상에 인장 응력을 갖는 제 3 불화 비정질 탄소층(29A)및 압축 응력을 갖는 제 3 실리콘 산화막(29B)의 적층구조로 되는 패시베이션막(29)을 형성한다.As shown in FIG. 2C, the second interlayer insulating film 28 is formed on the entire structure in which the via contact 26 is formed using the silicon oxide film, and the second interlayer insulating film is exposed to expose the upper portion of the via contact 26. Etch (28). In this case, since the lower fluorinated amorphous carbon layer 25B serves as an etch stop layer, it is not necessary to form a separate etch stop film before forming the second interlayer insulating film 28. The second interlayer insulating film 28 is formed so as to maximize the voids by using a PECVD silicon oxide film having poor step coverage characteristics. This is to facilitate formation of a trench for subsequent second metallization. Thereafter, the second metal wirings 27 are formed through a metal material deposition and polishing process. Then, a passivation film 29 having a laminated structure of a third fluorinated amorphous carbon layer 29A having a tensile stress and a third silicon oxide film 29B having a compressive stress is formed on the entire structure.

이와 같이, 압축 응력을 갖는 실리콘 산화막과 인장 응력을 갖는 a-F:C층의 적층 구조로 다마신 공정에서의 금속층간 절연막을 형성하게 되면, 적층되는 막 간의 상반되는 응력으로 인해 금속층간 절연막이 갖는 응력이 상쇄되게 된다. 또한, a-F:C층이 2 이하의 낮은 유전상수를 갖기 때문에 저유전 특성을 위해 금속층간 절연막을 두껍게 형성할 필요가 없어 소자의 집적도가 향상되게 된다. 뿐만 아니라, a-F:C층이 금속배선 형성을 위한 트렌치 형성 공정 등에서 식각 정지층 역할을 하기 때문에 별도의 식각 정지막을 형성할 필요가 없다. 이에 따라 다마신 공정을 더욱 간단하게 진행하면서 소자의 고집적화를 달성할 수 있게 된다.As described above, when the intermetallic insulating film is formed in the damascene process with the laminated structure of the silicon oxide film having the compressive stress and the aF: C layer having the tensile stress, the stresses of the interlayer insulating film due to the opposing stresses between the stacked films Will be offset. In addition, since the a-F: C layer has a low dielectric constant of 2 or less, it is not necessary to form a thick interlayer insulating film for low dielectric properties, thereby improving the degree of integration of the device. In addition, since the a-F: C layer serves as an etch stop layer in a trench forming process for forming metal wiring, there is no need to form a separate etch stop layer. This makes it possible to achieve a higher integration of the device while proceeding with the damascene process more simply.

도 3은 고밀도 플라즈마 산화막의 온도에 따른 응력 특성을 나타내는 그래프로서, 고밀도 플라즈마 USG막의 경우를 보여준다. 도시된 것과 같이, HDP-USG막은 상온에서 낮은 압축 응력을 갖지만, 온도가 상승할 수록 높은 압축 응력을 갖게 된다.3 is a graph showing the stress characteristics according to the temperature of the high density plasma oxide film, and shows the case of the high density plasma USG film. As shown, the HDP-USG film has a low compressive stress at room temperature, but has a higher compressive stress as the temperature increases.

도 4a 및 4b는 불화 비정질 탄소층의 증착 가스 유량에 따른 응력 특성 및 유전상수 변화를 나타내는 그래프로서, 증착 전력으로는 듀얼 주파수 전력(고주파 전력과 저주파 전력)을 사용하고 증착 온도는 250℃이며, 소오스 가스로는 C4F8와 CH4를 사용한 경우의 예이다.4A and 4B are graphs showing changes in stress characteristics and dielectric constants according to the deposition gas flow rate of the fluorinated amorphous carbon layer. As the deposition power, dual frequency power (high frequency power and low frequency power) is used, and the deposition temperature is 250 ° C. Examples of the source gas include C 4 F 8 and CH 4 .

도 4a에 도시된 바와 같이, C4F8와 CH4의 유량비가 증가함에 따라 불화 비정질 탄소층의 응력이 인장 응력으로 전이하는 것을 알 수 있다. 유량비 6을 중심으로, 유량비가 6 미만이면 불화 비정질 탄소층은 안정된 상태를 갖지만 6 이상이 되면 인장 응력이 심화되어 불안정한 막 상태를 갖게 된다. 증착 전력으로 단일 주파주 전력(고주파 전력)을 사용하게 되면, 도시된 그래프에서보다 C4F8의 비율이 낮은 영역에서 인장 응력을 갖는 불화 비정질 탄소층을 얻을 수 있다.As shown in Figure 4a, it can be seen that as the flow rate ratio of C 4 F 8 and CH 4 increases, the stress of the fluorinated amorphous carbon layer is transferred to the tensile stress. With a flow rate ratio of 6, when the flow rate ratio is less than 6, the fluorinated amorphous carbon layer has a stable state, but when the flow rate ratio is 6 or more, the tensile stress is intensified, resulting in an unstable film state. By using a single frequency power (high frequency power) as the deposition power, it is possible to obtain a fluorinated amorphous carbon layer having tensile stress in a region where the ratio of C 4 F 8 is lower than in the graph shown.

도 4b는 불화 비정질 탄소층의 증착시 및 어닐링 후의 C4F8와 CH4의 유량비에 따른 유전상수 변화를 나타내는 그래프로서, 안정 상태에서 불안정 상태로 바뀌는 부분인 C4F8와 CH4의 유량비가 6이상이 되면 낮은 유전 상수를 갖게 되는 것을 알 수 있다.Figure 4b is a graph showing the dielectric constant change over during the deposition and the flow rate of the annealing after the C 4 F 8 and CH 4 of the fluorinated amorphous carbon layer, the portion changed from the stable state to the unstable state C 4 F 8 and the flow ratio of CH 4 It can be seen that if the value of 6 or more has a low dielectric constant.

상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막을 형성할 때 실리콘 산화막과 저유전 상수를 갖는 불화 비정질 탄소(a-F:C)층을 적층구조를 이용하므로써, 금속층간 절연막의 막 두께 증가 없이 낮은 유전율을 갖는 절연막을 형성할 수 있다. 이에 따라 금속층간 절연막의 두께 증가에 따른 RC 지연 문제를 해결할 수 있다. 또한, a-F:C층이 금속배선 형성을 위한 트렌치 형성 공정 중에 식각 정지층 역할 또한 하기 때문에 별도의 식각 정지층을 형성할 필요가 없어, 공정을 더욱 단순화시키면서 동시에 소자의 고집적화를 용이하게 한다.As described above, the present invention uses a layered structure of a silicon oxide film and a fluorinated amorphous carbon (aF: C) layer having a low dielectric constant when forming an intermetallic insulating film in a damascene process of a semiconductor device. It is possible to form an insulating film having a low dielectric constant without increasing the film thickness. Accordingly, the RC delay problem may be solved due to the increase in the thickness of the interlayer insulating film. In addition, since the a-F: C layer also serves as an etch stop layer during the trench forming process for forming the metal wiring, there is no need to form a separate etch stop layer, thereby simplifying the process and facilitating high integration.

Claims (5)

반도체 소자의 미세 금속배선 패턴을 형성하기 위한 다마신 공정에 있어서,In the damascene process for forming a fine metallization pattern of a semiconductor device, 상기 미세 금속배선 패턴 간의 금속층간 절연막을 실리콘 산화막 및 불화 비정질 탄소층의 적층 구조로 형성을 형성하며, 상기 불화 비정질 탄소층은 1:6의 혼합비를 갖는 C4F8와 CH4또는 CF4와 CH4로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법.The interlayer insulating film between the fine metallization patterns is formed in a stacked structure of a silicon oxide film and an fluorinated amorphous carbon layer, and the fluorinated amorphous carbon layer is formed of C 4 F 8 and CH 4 or CF 4 having a mixing ratio of 1: 6. A method of forming an interlayer insulating film in a damascene process of a semiconductor device, characterized in that formed of CH 4 . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 산화막은 고밀도 플라즈마 USG막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법.The silicon oxide film is a high density plasma USG film, characterized in that the interlayer insulating film forming method in the damascene process of the semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실리콘 산화막은 붕소 또는 인 이온을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법.The silicon oxide film is formed by implanting boron or phosphorus ions in the damascene process of the semiconductor device. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 C4F8의 공급량은 0.2 내지 1.0slm인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 다마신 공정에서 금속층간 절연막 형성 방법.The C 4 F 8 supply amount is 0.2 to 1.0 slm, the interlayer insulating film forming method in the damascene process of the semiconductor device.
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