KR0171137B1 - 메탈층 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 도금 공정에 의하여 시드층상에 형성된 메탈층을 손상시킴이 없이 형성시키기 위한 방법에 관한 것으로 기판상의 제1절연층상에 소정 두께의 시드층을 형성시키는 제1단계와, 상기 시드층상에 감광층을 형성시키고 패터닝시키는 제2단계와, 상기 감광층의 패턴을 통하여 노출된 상기 시드층상에 전기 도금 공정에 의하여 메탈층을 형성시키는 제3단계와, 상기 메탈층상에 제2절연층을 형성시키는 제4단계와, 상기 감광층을 제거하여 상기 시드층의 일부를 노출시키는 제5단계와, 상기 노출된 시드층의 일부를 제거하는 제6단계와, 그리고 상기 메탈층상에 형성된 상기 제2절연층을 제거하는 제7단계로 이루어지며 이에 의해서 상기 메탈층의 패턴치수 및 형상을 원하는 형태로 유지시킬 수 있다.

Description

메탈층 형성 방법
제1도(a) 내지 (c)는 종래 실시예에 따른 메탈층 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도.
제2도(a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 메탈층 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 메탈층 형성 방법을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 기판 22 : 시드층
23 : 감광층 24 : 메탈층
25 : 제2절연층 26 : 제1절연층
본 발명은 소정 형상으로 패터닝된 메탈층을 형성시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 전기 도금 공정에 사용되는 시드층의 제거시 메탈층이 화학적 침해를 받지 않고 원하는 치수 및 형상으로 형성되는 메탈층 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 소정 형상으로 패터닝된 메탈층을 형성시키기 위한 종래 실시예에 따르면 소정 두께로 적층된 메탈층을 사진 석판술을 이용하여 페터닝시키거나 또는 전기 도금 공정에 의하여 시드층상에 형성된 메탈층을 패터닝시킨다.
이때, 종래 일실시예에 따라서 전기 도금 공정에 의하여 메탈층을 형성시키기 위한 방법이 순차적으로 도시된 제1도(a) 내지 (c)를 참조하면, 포토 레지스트를 도포시킴으로서 형성된 감광층(13)을 패터닝시켜서 기판(11)상의 절연층(16)상에 형성된 시드층(12)의 일부를 노출시키는 단계와, 전기 도금 공정에 의하여 상기 노출된 시드층(12)상에 메탈층(14)을 형성시키는 단계와, 상기 감광층(13)을 제거함과 동시에 노출된 상기 시드층(12)의 일부를 제거하는 단계로 이루어진다.
그러나, 제1도(c)에 도시된 바와 같이, 상기 감광층(13)을 제거함으로서 노출된 상기 시드층(12)의 일부를 상기 메탈층(14)을 마스크로 하여 제거할 때 상기 메탈층(14)과 상기 시드층(12)의 상이한 식각 선택비에 의하여 상기 메탈층(14)에 의한 언더 컷(undercut) 형상의 오버 행 구조가 형성된다.
즉, 상기된 바와 같이 언더 컷 형상으로 형성된 상기 시드층(12)의 주변에는 이 후의 공정에 의하여 평탄화 물질을 도포시킬 때 기공이 형성된다는 문제점이 야기된다.
또한, 상기 감광층(13)을 제거할 때 노출된 상기 시드층(12)의 일부를 제거할 때 상기 메탈층(14)이 화학적 손상을 받게 되고 이에 의해서 상기 메탈층(14)의 패턴 및 치수 및 모양이 변하게 된다는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 전기 도금에 의하여 형성된 메탈층에 평탄화 물질을 도포시킬 때 기공이 발생되는 것을 방지시킬 수 있는 메탈층 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 감광층을 제거할 때 상기 절연층상에 노출된 상기 시드층의 일부를 제거할 때 전기 도금 공정에 의하여 형성된 상기 메탈층의 패턴 치수 및 모양이 변하는 것을 방지시킬 수 있는 메탈층 형성 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적은 실리콘 기판상의 제1절연층상에 소정 두께의 시드층을 형성시키는 제1단계와, 상기 시드층상에 감광층을 형성시키고 패터닝시키는 제2단계와, 상기 감광층의 패턴을 통하여 노출된 상기 시드층상에 전기 도금 공정에 의하여 메탈층을 형성시키는 제3단계와, 상기 메탈층상에 제2절연층을 형성시키는 제4단계와, 상기 감광층을 제거하여 상기 시드층의 일부를 노출시키는 제5단계와, 상기 노출된 시드층의 일부를 제거하는 제6단계와, 그리고 상기 메탈층상에 형성된 상기 제2절연층을 제거하는 제7단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2절연층은 상기 메탈층상에 전기 도금에 의하여 소정 두께로 적층시킨 알루미늄을 양극 산화 공정에 의하여 산화시킴으로서 형성된 알루미늄 산화물 조성으로 이루어져 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 양극 산화 공정은 암모늄 주석산염(ammonium tartrate) 또는 암모늄 구연산염(ammonium citrate)으로 이루어진 전해액에서 수행된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 시드층은 이방성 에칭 특성을 나타내는 반응성 이온 식각 공정(RIE)에 의하여 선택적으로 제거된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도(a) 내지 (e)는 본 발명의 일실시예에 따른 메탈층 형성 방법을 순차적으로 도시한 단면도이고, 제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 형성된 메탈층을 도시한 단면도이다.
즉, 본 발명에 따른 메탈층 형성 방법은 실리콘 기판(21)상의 제1절연층(26)상에 소정 두께의 시드층(22)을 형성시키는 제1단계와, 상기 시드층(22)상에 감광층(23)을 형성시키고 패터닝시키는 제2단계와, 상기 감광층(23)의 패턴을 통하여 노출된 상기 시드층(22)상에 전기 도금 공정(electroplating)에 의하여 메탈층(24)을 형성시키는 제3단계와, 상기 메탈층(24)상에 제2절연층(25)을 형성시키는 제4단계와, 상기 감광층(23)을 제거하여 상기 시드층(22)의 일부를 노출시키는 제5단계와, 상기 노출된 시드층(22)의 일부를 제거하는 제6단계와, 그리고 상기 메탈층(24)상에 형성된 상기 제2절연층(25)을 제거하는 제7단계로 이루어진다.
먼저, 제2도(a)를 참조하면, 실리콘으로 이루어진 기판(21)상에 실리콘 질화물(Si3N4) 또는 티타늄 질화물(TiN)과 같은 절연 물질을 화학 기상 증착 공정(CVD) 또는 스퍼터링 증착 공정과 같은 물리 기상 증착 공정(PVD)에 의하여 적층시킴으로서 제1절연층(26)을 형성시킨다.
또한, 상기 제1절연층(26)상에 상기된 바와 같은 화학 기상 증착 공정 또는 물리 기상 증착 공정에 의하여 통상적인 반도체 공정에서 메탈층으로 이용되는 도전성 금속, 예를 들어, 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 백금(Pt), x탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu)…등(이하, 도전성 금속이라 칭함)을 소정 두께로 적층시킴으로서 시드층(22)을 형성시키며, 상기 시드층(22)은 하기에 설명되는 바와 같이 상기 제1절연층(26)상에 형성시키고자 하는 메탈층(24)의 조성과 동일한 조성의 도전성 금속으로 이루어져 있으며 본 발명의 일실시예에 따르면 금(Au)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 시드층(22)상에 감광성 수지를 함유하고 있는 포토 레지스트(PR)를 소정 두께로 도포시킨 후 약 150℃ 미만의 온도로 가열시키는 소프트 베이킹(soft baking)을 수행함으로서 열적으로 안정된 감광층(23)을 형성시킨다.
이때, 스텝퍼(stepper) 또는 포토 마스크를 사용하는 포토 리쏘그래피 공정에 의하여 상기 감광층(23)을 자외선에 노출시킨 후 현상액에 현상시키면 상기 감광층(23)의 일부는 제거되고 이와 동시에 상기 제1절연층(26)상에 형성된 상기 시드층(22)의 일부가 상기 감광층(23)의 패턴을 통하여 노출된다.
한편, 전기 도금 공정(electro plating)에 의하여 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 감광층(23)을 통하여 일부가 노출된 상기 시드층(22)층상에 상기 시드층(22)을 구성하는 조성과 동일한 조성의 도전성 금속 예를 들어, 금(Au)을 소정 두께로 적층시킴으로서 메탈층(24)을 형성시킨다.
이때, 제2도(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 전기 도금 공정에 의하여 상기 시드층(22)상에 형성된 상기 메탈층(24)의 적층 두께는 상기 시드층(22)상에 형성된 상기 감광층(23)의 도포 두께에 비하여 얇은 두께로 형성된다.
한편, 본 발명의 제4단계가 예시되어 있는 제2도(b)를 참조하면, 상기 시드층(22)상에 소정 두께로 적층된 상기 메탈층(24)상에 제2절연층(25)을 형성시키며 상기 제2절연층(25)은 염소 플라즈마에 대한 내성이 양호한 절연 물질로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2절연층(25)은 전기 도금 공정에 의하여 상기 메탈층(24)상에 알루미늄(Al)을 소정 두께로 적층시킨 후 양극 산화 공정(anodic oxidation)에 의하여 상기 알루미늄을 산화시킴으로서 형성된다.
이때, 상기 메탈층(24)은 상기 전기 도금 공정시 상기 알루미늄에 대한 시드층으로 작용하며 또한 상기 제2절연층(25)은 상기 양극 산화 공정시 형성된 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 양극 산화 공정(anodic oxidation)은 암모늄 주석산염(ammonium tartrate) 또는 암모늄 구연산염(ammonium citrate)으로 이루어진 전해액에 양극으로 작용 가능하게 상기 알루미늄을 소정 시간동안 침잔시킴으로서 수행되며 이에 의해서 상기 알루미늄은 깁스 프리 에너지(Gibbs free energy)값이 상대적으로 낮은 알루미나로 형성된다.
이때, 본 발명의 제5단계가 예시되어 있는 제2도(c)를 참조하면, 상기 시드층(22)상에 잔존하는 사기 감광층(23)의 잔부를 현상액에 용해시킴으로서 제거하거나 또는 아세톤과 같은 제거액(remover)에 용해시킴으로서 제거한다.
여기에서, 상기된 바와 같이 상기 감광층(23)의 잔부를 제거함으로서 상기 메탈층(24)이 형성되지 않은 상기 시드층(22)의 일부가 노출된다.
한편, 본 발명의 제6단계가 예시되어 있는 제2도(d)를 참조하면, 상기 메탈층(24)이 전기적으로 쇼트되는 것을 방지시키기 위하여 상기 감광층(23)을 제거함으로서 노출된 상기 시드층(22)의 일부를 제거하며 이러한 시드층(22) 제거는 이방성 에칭 특성이 양호한 건식 식각 공정(dry etching)에 의하여 수행된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 건식 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정(RIE)에 의해서 수행되며 특히 금속에 대한 식각 선택율이 양호하도록 염소(Cl)를 사용하는 플라즈마 식각 공정(plasma etching)에 의하여 수행된다.
즉, 상기 염소 플라즈마 식각 공정에 의하여 상기 제1절연층(26)상에 형성되고 외부에 노출된 상기 시드층(22)은 양호하게 식각 제거되는 반면에, 상기된 바와 같이 전기 도금 공정에 의하여 상기 시드층(22)상에 형성된 상기 메탈층(24)은 상기 제2절연층(25)이 메탈층(24)에 대한 식각 보호막으로 작용하므로 식각되지 않는다.
이를 상세히 설명하면, 상기 양극 산화 공정에 의하여 상기 메탈층(24)상에 형성된 상기 제2절연층(25)은 염소 플라즈마에 대한 양호한 내성을 구비하고 있으므로 상기 메탈층(24)의 보호층으로 작용하게 되며 이에 의해서 상기 메탈층(24)은 상기 염소 플라즈마 식각 공정에 의하여 침해를 받지 않으며 그 결과 원하는 치수 및 형상으로 잔존하게 된다.
이 후에 본 발명의 제7단계가 예시되어 있는 제2도(e)를 참조하면, 상기된 바와 같이 염소 플라즈마 식각 공정시 상기 메탈층(24)의 보호층으로 작용하던 상기 제2절연층(25)은 등방성 식각 특성이 양호한 습식 식각 공정(wet etching)에 의하여 제거되고 그 결과 상기 메탈층(24)을 노출시킨다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 습식 식각 공정은 불산(HF) 용액 및 질산(HNO3)용액이 혼합된 에칭 용액의 식각 작용에 의하여 수행된다. 본 발명의 일실시예에서는, 상기 에칭 용액은 불산(HF)용액 및 질산(HNO3)용액의 당량비가 1:3인 혼합 용액을 사용한다.
즉, 상기 제2절연층(25)이 잔존하는 기판(21)을 상기 에칭 용액에 소정 시간동안 침잔시킴으로서 화학적 반응에 의하여 상기 제2절연층(25)을 구성하는 알루미나는 제거되고 이와 동시에 상기 메탈층(24)이 노출된다.
한편, 상기 실리콘 기판(21)상에 형성된 상기 제1절연층(26)을 구성하고 있는 절연 물질 즉, 실리콘 질화물 또는 티타늄 질화물은 상기된 바와 같이 불산 용액 및 암모니아 용액이 혼합된 에칭 용액에 대한 식각 선택비(etching selectivity)가 상기 제2절연층(25)을 구성하는 알루미나의 식각 선택비에 비하여 상대적으로 낮게 나타나며 그 결과 상기 제1절연층(26)은 상기 습식 식각 공정시 식각에 의한 영향을 받지 않는다.
따라서, 상기된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 시드층(22)상에 소정 형상으로 패터닝된 상기 메탈층(24)은 알루미나로 이루어진 상기 제2절연층(25)의 보호막 작용에 의하여 상기 건식 식각 공정에 의하여 침해를 받지 않게 되며 이에 의해서 상기 메탈층(24)은 원하는 패턴 치수 및 형상으로 형성된다.
한편, 상기 실리콘 기판(21)상에 형성된 상기 제1절연층(26)이 실리콘 질화물 또는 티타늄 질화물 대신에 실리콘 산화물(SiO2) 조성으로 이루어져 있는 경우에 금(Au)과 같은 도전성 금속은 상기 실리콘 질화물에 대한 접착력(adhesion)이 불량하며 이에 의해서 상기된 바와 같은 화학 기상 증착 공정(CVD) 또는 물리 기상 증착 공정(PVD)에 의하여 상기 제1절연층(26)상에 상기 도전성 금속을 적층시킴으로서 형성되는 시드층(22)은 박리 현상을 나타낸다.
따라서, 상기 시드층(22)의 박리 현상을 방지시키기 위하여 본 발명의 다른 실시예가 예시된 제3도를 참조하면, 상기 실리콘 질화물에 대한 접착력이 상기 금 성분에 비하여 상대적으로 큰 티타늄(Ti) 또는 크롬(Cr)을 화학 기상 증착 공정 또는 물리 기상 증착 공정에 의하여 실리콘 기판(31)상에 실리콘 질화물을 적층시킴으로서 형성된 제1절연층(36)상에 소정 두께로 적층시킴으로서 제1시드층(32)을 형성시킨다.
이 후에, 상기 제1시드층(32)상에 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 금을 소정 두께로 적층시킴으로서 제2시드층(33)을 형성시키며 상기 제2시드층(33)은 상기 제1시드층(32)을 구성하는 성분에 대한 접착력이 양호하므로 견고하게 부착된다.
한편, 상기된 바와 같이 상기 제2시드층(33)상에 포토 레지스트를 도포시킴으로서 형성된 감광층을 소정 형상으로 패터닝시킨 후 상기 감광층의 패턴을 통하여 노출된 상기 제2시드층(33)상에 상기 전기 도금 공정에 의하여 상기 제2시드층(33)을 구성하는 조성과 동일한 조성의 도전성 금속을 적층시킴으로서 메탈층(34)을 형성시킨다.
이 후에 상기 메탈층(34)상에 알루미나로 이루어진 제2절연층을 형성시키고 상기 감광층을 제거한 후 상기된 바와 같은 건식 식각 공정 및 습식 식각 공정에 의하여 상기 제1절연층(36)상에 형성된 제1시드층(32) 및 제2시드층(33)을 제거하고 또한 상기 메탈층(34)상에 형성된 상기 제2절연층을 제거함으로서 원하는 치수 및 형상의 메탈층(34)을 상기 제1절연층(36)상에 잔존시킨다.
이상, 상기 내용은 소정 형상으로 패터닝된 메탈층을 기판상에 형성시키기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 전기 도금 공정에 의하여 메탈층을 형성시킬 때, 상기 메탈층을 형성시키기 전에 시드층의 일부를 식각 공정에 의하여 제거함으로서 잔존하는 시드층상에 형성된 메탈층은 화학적 침해를 받지 않게 되며 이에 의해서 상기 메탈층의 치수 및 형상은 변하지 않게 되고 또한 상기 메탈층주위에 기공이 형성되지 않는다.

Claims (7)

  1. 실리콘 기판(21)상의 제1절연층(26)상에 소정 두께의 시드층(22)을 형성시키는 제1단계, 상기 시드층(22)상에 감광층(23)을 형성시키고 패터닝시키는 제2단계와, 상기 감광층(23)의 패턴을 통하여 노출된 상기 시드층(22)상에 전기 도금 공정(electroplating)에 의하여 메탈층(24)을 형성시키는 제3단계와, 상기 메탈층(24)상에 제2절연층(25)을 형성시키는 제4단계와, 상기 감광층(23)을 제거하여 상기 시드층(22)의 일부를 노출시키는 제5단계와, 상기 노출된 시드층(22)의 일부를 제거하는 제6단계와, 상기 메탈층(24)상에 형성된 상기 제2절연층(25)을 제거하는 제7단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2절연층(25)은, 상기 메탈층(24)의 상부에 알루미늄(Al)을 형성하는 공정과, 상기 알루미늄(Al)을 양극 산화 공정으로 산화시키는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양극 산화 공정은 암모늄 주석산염 또는 암모늄 구연산염으로 이루어진 전해액에서 수행되는 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 알루미늄은 전기 도금 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시드층(22)은 염소 플라즈마를 사용한 반응성 이온 식각 공정에 의하여 제거되는 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2절연층(25)은 습식 식각 공정에 의하여 제거되는 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 습식 식각 공정은 HF와 HNO3의 혼합용액에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 메탈층 형성 방법.
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