KR100209596B1 - 반도체소자의 배선 형성방법 - Google Patents

반도체소자의 배선 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 배선에 관한 것으로 특히, 배선라인의 표면적 증가로 인한 열 방출 효과와 힐록 발생을 최소화하기에 적당한 반도체소자의 배선 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체소자의 배선 형성방법은 반도체기판상에 제1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제1 절연막에 디메신 구조의 트랜치를 형성하는 단계, 상기 트랜치를 포함한 제1 절연막 전면에 밀착용 메탈과 상기 밀착용 메탈상에 배선층과 상기 배선층상에 반사방지막을 트랜치와 제1 절연막 표면을 따라서 형성하는 단계, 상기 반사방지막, 배선층 그리고 밀착용 메탈을 연마하여 제1 절연막의 상층면을 노출시키는 단계, 상기 제1 절연막을 포함한 배선층 전면에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하여 배선층에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 일렉트로마이크레이션 방지와 힐록의 발생을 억제할 수 있는 반도체소자의 배선 형성방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체소자의 배선 형성방법
본 발명은 반도체소자의 배선에 관한 것으로 특히, 열방출 효과 및 힐록으로 인한 배선 불량을 최소화하기에 적당한 반도체소자의 배선 형성방법에 관한 것이다.
집적회로의 배선재료에는 전류를 전송한다는 성질이외에 미세한 배선 패턴을 저코스트로 효율적으로 제조하고 또한 장시간의 사용에 대해서 단선 등의 고장이 생겨서는 안된다는 것등 제조 및 신뢰성면에 대해 여러 가지 조건이 필요하다.
그와 같은 여러조건은 염가의 고순도 재료, 전기전도율이 높을 것, 레지스트와의 선택비가 높을 것과 미세 가공이 가능할 것 등이다. 상기한 바와 같은 여러조건에 가장적합한 것으로 알려져 배선재료로 많이 사용되는 물질이 알루미늄(Al)인데 이와 같은 알루미늄도 일렉트로마이그레이션(electromigration)이 발생하기 쉽다는 등의 문제점이 있다. 이때, 전기적 이동도를 뜻하는 상기 일렉트로마이크레이션은 갖가지 금속에서 발생하는 현상으로 일반적으로 반도체소자의 배선재료로 사용하는 알루미늄 배선층에서도 알루미늄 배선층에 장시간 전류를 계속 흘리면 전자의 흐름에 의해 알루미늄 이온이 움직이는 것을 말하는 것으로 이러한 현상이 장시간 지속될 경우 보이드(void)나 크랙(crack)이 발생하게 되어 배선층이 단선하게 된다. 그러므로, 알루미늄을 합금막으로하며, 그와 같은 알루미늄 합금막의 수명을 미리 예측해서 고장이 발생하지 않는 전류밀도가 되도록 배선 패턴에 대한 설계를 해야 한다.
이와 같은 종래 반도체소자의 배선 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
제1a도 내지 제1d도는 종래 반도체소자의 배선 형성공정 단면도이다.
먼저, 제1a도에 나타낸 바와 같이, 반도체기판(1)전면에 제1 산화막(2), Ti/TiN층(3), 알루미늄층(4) 그리고, TiN층(5)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 Ti/TiN층(3)과 TiN층(5)은 고융점 금속(refractory metal)로 통상적으로 알루미늄층을 이용한 배선공정의 전후 공정중에서 증착하여 다층전도체(multilayer conductor)를 이루어 일렉트로마이크레이션(electromigration) 불량을 최소화시킨다.
제1b도에 나타낸 바와 같이, 상기 TiN층(5)상에 감광막(PR)을 도포한후 노광 및 현상공정으로 배선라인 형성영역을 정의하여 상기 감광막(PR)을 패터닝(patterning)한다.
제1c도에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 상기 감광막(PR)을 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 TiN층(5), 알루미늄층(4) 그리고, Ti/TiN층(3)을 선택적으로 제거하여 배선라인(4a)을 형성한다. 그다음, 상기 감광막(PR)을 제거한다.
제1d도에 나타낸 바와 같이, 상기 배선라인(4a)을 포함한 제1 산화막(2)전면에 제2 산화막(6)을 형성한다.
종래 반도체소자의 배선 형성방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 알루미늄 배선층의 상층면 및 하층면에만 고융점금속이 형성되어 있어 측면으로의 힐록(hillock)발생 방지나, 산화막의 수분이나 불순물등과 배선층의 측면 결합으로 인한 불량발생 가능성이 높아 배선으로서의 신뢰성에 문제점이 있었다.
둘째, 건식식각시 고융점금속과 알루미늄 배선층과의 식각율이 달라 배선층이 역사다리 꼴 모양으로 형성되어 배선공정후 산화막의 완전한 갭 필링(gap filling)이 안될 수 있어 배선으로서의 신뢰도를 저하시켰다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 반도체소자의 배선 형성방법에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 특히, 디메신(demascene)구조를 이용한 배선층 형성공정으로 배선라인의 표면적을 증가시켜 열방출 효과를 높임과 동시에 배선층의 힐록발생을 최소화할 수 있는 반도체소자의 배선 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1a도 내지 제1d도는 종래 반도체소자의 배선 형성공정 단면도.
제2a도 내지 제2e도는 본 발명 반도체소자의 배선 형성공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체기판 11 : 제1 절연막
12 : 트랜치 13 : 밀착용 메탈
14 : 배선층 15 : 반사방지막
16 : 제2 절연막
본 발명에 따른 반도체소자의 배선 형성방법은 반도체기판상에 제1 절연막을 형성하는 단계, 상기 제1 절연막에 디메신 구조의 트랜치를 형성하는 단계, 상기 트랜치를 포함한 제1 절연막 전면에 밀착용 메탈과 상기 밀착용 메탈상에 배선층과 상기 배선층상에 반사방지막을 트랜치와 제1 절연막 표면을 따라서 형성하는 단계, 상기 반사방지막, 배선층 그리고 밀착용 메탈을 연마하여 제1 절연막의 상층면을 노출시키는 단계, 상기 제1 절연막을 포함한 배선층 전면에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명 반도체소자의 배선 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
제2a도 내지 제2d도는 본 발명 반도체소자의 배선 형성공정 단면도이다.
먼저, 제2a도에 나타낸 바와 같이 반도체기판(10)상에 제1 절연막(11)과 감광막(PR)을 차례로 형성한다. 그다음, 노광 및 현상공정으로 배선형성영역을 정의하여 감광막(PR)을 패터닝한다. 이때, 상기 제1 절연막(11)은 산화막과 질화막중 어느 하나로 형성한다.
제2b도에 나타낸 바와 같이, 상기 패터닝된 감광막(PR)을 마스크로 이용한 식각공정으로 제1 절연막(11)을 선택적으로 제거하여 트랜치(12)를 형성한다. 이때, 상기 트랜치(12)의 상층면이 라운드(round)형상으로 형성되도록 한다. 또는, 상기 트랜치를 수직으로 형성하거나 또는 약간 기울게(slope)형성할 수도 있다. 그다음, 상기 감광막(PR)을 제거한다.
제2c도에 나타낸 바와 같이, 상기 트랜치(12)를 포함한 제1 절연막(11)표면을 따라서 밀착용 메탈(13)을 형성한다. 그다음, 상기 밀착용 메탈(13)전면에 배선층(14)을 형성한다. 이때, 상기 밀착용 메탈(13)은 Ti/TiN층으로 형성하고, 배선층(14)은 알루미늄(Al)으로 형성한다. 그리고, 상기 Ti/TiN층과 배선층(14)사이에 Ti층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 Ti/TiN층이나 알루미늄층의 형성방법은 물리기상증착법(PVD : Physical Vapor Deposition)이나 화학기상증착법(CVD : Chemical Vapor Deposition)을 사용하여 형성한다. 이어서, 상기 배선층(14)을 리플로우(reflow)시킨다. 이때, 상기 트랜치(12)의 상층면에서 완전히 채워지지 않도록 한다. 그다음, 상기 배선층(14)상에 반사방지막(15)을 형성한다. 이때, 상기 반사방지막(15)은 TiN으로 형성한다.
제2d도에 나타낸 바와 같이, 상기 반사방지막(15), 배선층(14) 그리고, 밀착용 메탈(13)을 화학기계적경면연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 상기 제1 절연막(11)의 상층면이 노출될 때 까지 연마한다 즉, 상기 밀착용 메탈(13), 배선층(14) 그리고, 상기 반사방지막(15)을 트랜치(12)내에만 남도록 연마하는 것이다.
제2e도에 나타낸 바와 같이, 상기 트랜치(12)의 밀착용 메탈(13), 배선층(14) 그리고 반사방지막(15)을 포함한 제1 절연막(11)전면에 제2 절연막(16)을 형성한다. 이때, 상기 제2 절연막(16)은 산화막과 질화막중 어느 하나로 형성한다.
본 발명 반도체소자의 배선 형성방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 디메신 구조의 트랜치의 표면을 따라서 다층전도층으로 배선층이 형성되어 상대적으로 배선층의 노출면이 적어 힐록(hillock)발생 가능성을 최대한 억제할 수 있고, 표면의 노출이 적음에 따라 산화막의 수분이나 불순물등과 배선층의 결합 또한 억제하여 불량 발생 가능성이 적다. 또한, 배선 형성공정 완료후 절연막의 완전한 갭 필링(gap filling)이 가능하여 배선으로서의 신뢰도가 향상된다.
둘째, 종래에 비해 상대적으로 동일 공간에서 배선층의 면적이 넓어지므로 배선에서 발생하는 저항과 열 성분의 감소로 일렉트로마이크레이션 현상을 최대한 억제할 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체기판상에 제1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 절연막에 디메신 구조의 트랜치를 형성하는 단계; 상기 트랜치를 포함한 제1 절연막 전면에 밀착용 메탈과, 상기 밀착용 메탈상에 배선층과, 상기 배선층상에 반사방지막을 트랜치와 제1 절연막 표면을 따라서 형성하는 단계; 상기 반사방지막, 배선층 그리고 밀착용 메탈을 연마하여 제1 절연막의 상층면을 노출시키는 단계; 상기 제1 절연막을 포함한 전면에 제2 절연막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 배선 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 절연막은 산화막과 질화막중 어느 하나로 형성함을 특징으로 하는 반도체소자의 배선 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트랜치의 상층면은 라운드 형상으로 형성하거나, 기울어지게 형성하거나 또는 수직으로 형성함을 특징으로 하는 반도체소자의 배선 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배선층은 금속층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 배선 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연마법은 화학기계적경면연마법인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 배선 형성방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밀착용 메탈, 상기 배선층 그리고 상기 반사방지막은 물리기상증착법과 화학기상증착법중 어느 하나로 형성함을 특징으로 하는 반도체소자의 배선 형성방법.
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