KR0163543B1 - 반도체 배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
다층 배선 구조를 가지는 반도체 웨이퍼의 배선막 측면의 자연 산화막을 제거하기 위하여 배선막의 측면을 한정하여, 등방성의 측면 식각 경향이 강하며 폴리 실리콘과 산화막의 선택비가 낮은 SF6가스를 이용하여 배선막 측벽의 자연 산화막을 제거하고, 폴리 실리콘과 자연 산화막의 식각 선택비가 좋으면서 직진성이 강한 Cl2/CHl 나 Cl2/HBr 가스 화학 방법으로 식각하면, 배선막의 측면에 형성된 자연 산화막을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상부 배선막인 폴리 실리콘막과 하부 배선막인 폴리 실리콘막간의 층간 절연막의 평탄화 상태가 불량한 경우에도 배선막의 측면에 스트린거가 남지 않게 되므로써, 반도체 품질과 수율의 향상을 가져오게 된다.
Description
제1a도 및 제1b도는 종래의 기술에 따라 배선막의 패턴을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면으로, 제1a도는 식각 공정전의 단면도, 제1b도는 식각 공정후의 단면도.
제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 배선막의 패턴을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면으로, 제2a도는 식각 공정전의 단면도, 제2b도는 식각 공정후의 단면도.
제3a도 및 제3b도는 본 발명의 식각 가스에 따른 배선막의 프로파일과 선택비 특성을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부호에 대한 부호의 설명
21 : 실리콘기판 22 : 절연막
23 : 배선막 24 : 실리사이드막
25 : 배선막 26 : 포토 레지스트막
본 발명은 반도체의 제조 공정에 관한 것으로서, 특히 폴리 실리콘막을 배선막으로 하는 반도체 배선을 형성함에 있어서, 단차가 있는 반도체 배선막의 측벽에 형성된 폴리 실리콘의 스트린거(stringer)를 남기지 않고 반도체 배선을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체의 고집적화에 따라서 반도체 기판상에 패턴을 겹겹히 쌓는 다층 배선 방법이 중요해지며, 다층 배선 방법이 향상되기 위하여는 패턴과 패턴간의 스텝 커버리지(Step Coverage) 문제를 극복해야 되며, 이는 소자의 집적화가 발전함에 따라 배선이 다층화 되면서 세로구조의 단차는 더욱 심해지기 때문이다.
상기와 같이 패턴간의 단차가 커지게 되면 다층배선구조를 형성하기에 곤란할 뿐만 아니라 후속의 공정을 실시하게 되면 불균일함이 심화되므로써 반도체의 안정성을 떨어뜨리고 반도체 수율에도 문제를 초래하게 된다.
이런 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 층간 절연막으로 BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)막을 도포한 후 플로우(flow)하는 층간 절연막의 평탄화 방법이 채용되고 있다.
제1a도 및 제1b도는 종래의 방법에 따라 반도체 배선을 형성하는 공정을 나타낸 것으로, 제1a도는 식각 공정전의 단면도, 제1b도는 식각 공정후의 소자 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
제1a도를 참조하면, 실리콘 기판(11)상의 전면에 절연막(12)을 형성하고, 배선막으로서 폴리 실리콘막(13), 실리사이드막(14)을 상기 절연막(12)상에 차례로 형성하여 준다.
이어서, 포토 레지스트를 상기 실리사이드막상에 도포하고 패터닝한 후, 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 사용하여 소정 패턴에 맞게 폴리 실리콘막, 실리사이드막을 선택적인 식각을 실시하여 차례로 제거한 후, 하부 배선막을 형성한다. 여기서, 실리사이드막은 차후에 형성하게 될 상부 배선막과의 오믹 콘택(Ohmic Contact)을 위한 것이다.
계속해서, 상기 하부 배선막인 폴리 실리콘막(13)과 노출된 절연막(12)을 포함하는 웨이퍼의 전면에 층간 절연막(12)을 형성한 후, 하부 배선막인 폴리 실리콘막의 패턴과 상부 배선막인 폴리 실리콘막의 패턴간의 층간 절연막인 평탄화 되어 있지 않을 경우에는 상부 배선막인 폴리 실리콘막의 건식 식각시 하부 배선막인 폴리 실리콘막의 패턴을 따라 자연산화막이 남기 때문에 일반적으로 층간 절연막의 평탄화를 위하여 BPSG 도포 공정을 사용한다.
상기 BPSG 도포 공정은 층간 절연막상에 BPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)막을 도포한 다음, 고온의 열처리를 하여 플로우 시켜주며, 층간 절연막이 평탄화되어, 반도체 회로상의 쇼트(Short)나 오픈(Open)을 방지하여 준다.
이어서, 상기 하부 배선막인 폴리 실리콘막(13)과 연결될 상부 배선막으로서 폴리 실리콘막(15)을 형성하여준다.
상기 상부 배선층을 패터닝하기 위하여, 상부 배선층의 전면에 포토 레지스트막을 도포하고, 상기 상부 배선막의 식각 마스크로서 사용하기 위하여 포토 레지스트막을 패터닝하여 준다.
계속해서, 배선막 측면의 자연산화막을 제거하기 위한 플라즈마 식각을 실시하는데, CF계열의 가스, 주로 CF4가스나 CHF2가스를 사용하여 배선막의 측면에 형성된 자연산화막을 스퍼티 식각하여 제거한 후, Cl2가스를 사용하여 상부 배선막인 폴리 실리콘막을 선택적으로 식각하여 제거한다.
마지막으로, 남아있는 포토 레지스트 패턴을 식각하여 제거하므로써 다층 구조를 가진 배선막을 완성한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 방법에 의하면, 다층 구조를 가진 배선막을 형성시, 층간 BPSG 도포 및 플로우에는 많은 시간이 소요되며, 상기 플로우 공정에서 콘택홀의 열화로 인하여 콘택 홀의 가로 세로비가 증가하는 등의 부작용이 발생한다. 또한, 배선막의 측벽에 형성되어 있는 자연 산화막으로 인하여 과도한 식각을 실시해야 하므로써 절연막과의 식각 선택비가 문제되며, 자연산화막을 제거하기 위하여 과도한 식각을 실시하더라도 배선막의 측벽에 형성된 자연 산화막이 효과적으로 제거되지 못하는 단점이 있게된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 배선막의 측면에서 발생한 자연 산화막을 효율적으로 제거하여 초기설계에 충실한 파인 패턴을 얻는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 실리콘 기판상에 절연 산화막, 폴리 실리콘막을 차례로 형성하는 공정과; 차후에 형성하게 될 상부 배선막과의 오믹 콘택(Ohmic Contact) 위하여 상기 폴리 실리콘막상에 실리사이드막을 형성하는 공정과; 상부 배선막과의 절연과 식각시 고온에 의한 하부 배선막의 열화를 방지하기 위하여 상기와 구조의 전면에 층간 절연막을 도포하는 공정과; 상기 층간 절연막상에 상부 배선막으로서 폴리 실리콘막을 형성하는 공정과; 폴리 실리콘막을 패터닝하기 위하여 식각 마스크로서 사용될 포토 레지스트를 상기 폴리 실리콘막상에 형성하는 공정과; 배선막 측면에 형성된 자연산화막을 제거하기 위한 2단계 식각 공정을 실시하는데, 첫번째 스텝으로서, 배선막의 측면을 첫번째 스텝의 식각 영역으로 한정하는 단계와; 폴리 실리콘막과 절연 산화막의 식각 선택비가 낮은 Cl2/SF6가스를 사용한 등방성 식각을 실시하여 배선막 측벽의 자연 산화막의 일부가 제거되는 공정과; 두번째 스텝으로서, 폴리 실리콘과 자연 산화막의 식각 선택비가 좋으면서 식각시 직진성이 강한 Cl2/HBr 가스를 사용하여 상기와 같이 형성된 구조물의 전면에 식각을 실시하여 배선막의 측면에 형성되어 있던 자연산화막과 폴리 실리콘의 스트린거를 모두 제거시키는 공정과; 남아있는 포토 레지스트패턴을 식각하여 제거하므로써 다층 구조를 가진 배선막을 형성하는 공정을 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이방성 식각 가스로서 Cl2/HBr, Cl2가스를 포함하는 것이다.
첨부된 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명을 하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명에 의한 배선막 형성시 배선막의 측면에 형성된 자연산화막을 제거하는 공정도이다.
제2a도를 참조하면, 실리콘 기판(21)상에 절연 산화막(22)을 형성하고, 절연 산화막(22) 상에 폴리 실리콘막(23)을 형성하여 준다. 여기서, 폴리 실리콘막(23)은 하부 배선막으로서 형성하여 주는 것이며, 차후에 형성하게 될 상부 배선막과의 오믹(Ohmic) 저항을 방지하기 위하여 상기 폴리 실리콘막(23)상에 실리사이드막(24)을 형성하여 준다.
이어서, 상부 배선막(25)과의 절연과 식각시 고온에 의한 하부 배선막(23)의 열화를 방지하기 위하여 상기 구조의 전면에 층간 절연막(22)을 도포하여 준다.
계속해서, 상기 층간 절연막(22)상에 상부 배선막으로서 폴리 실리콘막(25)을 형성하여 주고, 폴리 실리콘막(25)을 패터닝하기 위하여 식각 마스크로서 사용 될 포토 레지스트막(26)을 상기 폴리 실리콘막(25)상에 형성하여 준다.
상기와 같은 구조물상의 배선막 측면에 자연산화막이 형성되므로, 이를 제거하기 위한 2단계 식각 공정을 실시하는데, 첫번째 스텝으로서, 배선막의 측면을 첫번째 스텝의 식각 영역으로 한정하여 준 다음, 폴리 실리콘막과 절연 산화막의 식각 선택비가 낮은 Cl2/SF6를 사용하여 등방성 식각을 진행하면, 배선막 측벽의 자연 산화막의 일부가 제거된다.
두번째 스텝으로서, 폴리 실리콘과 자연 산화막의 식각 선택비가 좋으면서 식각시 직진성이 강한 Cl2/HBr 가스 또는 Cl2가스를 사용하여 상기와 같이 형성된 구조물의 전면에 식각을 실시하여 주면, 배선막의 측면에 형성되어 있던 자연산화막과 폴리 실리콘의 스트린거가 모두 제거된다.
마지막으로, 남아있는 포토 레지스트 패턴을 식각하여 제거하면 다층구조를 가진 배선막이 완성된다.
제3a도 내지 제3c도는 스트린거를 제거하기 위한 식각 공정시, 식각 가스에 따른 배선막의 프로파일과 선택비를 나타낸 단면도이다.
제3a도는 폴리 실리콘막과 산화막의 선택비 5:1인 Cl2/SF6가스로 식각을 실시하였을 경우, 제3b도는 폴리 실리콘막과 산화막의 선택비 10:1인 Cl2/HE 가스로 식각을 실시하였을 경우, 제3c도는 폴리 실리콘막과 산화막의 선택비 20:1인 Cl2/HBr 가스로 식각을 실시하였을 경우에 나타난 배선막의 단면도이다.
상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 2 스텝의 식각 공정을 통하여 배선막의 측면에 형성된 폴리 실리콘막과 같은 스트린거를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상부 배선막과 하부 배선막간의 층간 절연막의 평탄화 상태가 불량한 경우에도 배선막의 측면에 폴리 실리콘막과 같은 스트린거가 남지 않게 되므로써, 반도체 품질과 수율의 향상을 가져오게 된다.
Claims (3)
- 실리콘 기판상에 절연 산화막, 하부 배선막으로서 폴리 실리콘막, 실리사이드막을 차례로 형성하는 공정과, 하부 배선막을 포함한 기판상에 층간 절연막을 도포하는 공정과, 상기 층간 절연막상에 상부 배선막으로서 폴리 실리콘막을 형성하는 공정과, 등방성 식각을 실시하여 배선막 측벽의 자연 산화막의 일부가 제거되는 공정과, 이방성 식각을 실시하여 배선막의 측면에 형성되어 있던 폴리 실리콘의 스트린거를 모두 제거시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 배선 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 등방성 식각 공정에서 Cl2/SF6가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 배선 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 이방성 식각 공정에서 Cl2/HBr, Cl2가스중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 배선 형성 방법.
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