KR100380150B1 - 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 하드 마스크를 식각 마스크로 이용하여 금속층을 식각해 미세 구조의 금속 배선 패턴을 형성하는 과정에서, 하드 마스크와 금속층의 접착 특성이 우수한 TiO2막을 이용해 하드 마스크를 형성함으로써 금속층의 식각 과정에서나 또는 식각 후 공정 상태를 모니터링하는 과정에서 하드 마스크가 떨어져 나가 다른 패턴에 불량을 초래하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 하드 마스크를 이용하여 미세 구조의 금속 배선 패턴을 불량없이 형성할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
0.25㎛ 이하의 CMOS 소자의 제조 기술 중에서 금속 배선을 형성하는 공정은 보다 정밀하고 미세한 디자인 룰이 요구되는 반면에, 배선에 의한 RC 지연(Delay) 측면의 증가를 억제하기 위하여 금속 배선의 두께는 고집적화시키지 못한다. 이로 인하여, 금속 배선의 패터닝을 위한 감광막 패턴의 두께 마진이 부족하게 된다. 즉, 미세 금속 배선을 형성하기 위해서는 감광막 패턴의 두께가 감소되어야 하지만, 식각해야 할 금속 배선의 두께는 상대적으로 두껍기 때문에 금속 식각 과정에서 금속 측벽 보호를 위한 감광막 패턴이 부족하여 배선의 측벽 손상이 심화된다.
이를 극복하기 위하여 적용되는 기술이 하드 마스크 기술이다. 이 기술은 금속과의 식각률 차이를 이용하는 것으로, 기존의 기술에서 적용되는 물질로는 SiO2막이나 SiON막이다. 그러나, 이 경우 웨이퍼의 가장자리(Edge) 영역에 증착되는 금속 구조(일반적으로 적용되는 금속 구조는 Ti/Al-Cu/Ti/TiN)의 표면(Surface) 불량으로 인하여, 하드 마스크로 적용된 SiO2막이나 SiON막이 금속 식각 후 CD SEM 등의 공정 모니터링(Monitoring) 장비에서 벗겨지거나(Peeling), 웨이퍼 내의 불특정 영역으로 이동되면서 금속 배선을 끊어버리거나, 또는 스택 비아(Stack Via)용 랜딩 패턴(Landing pattern)이 없어지는 등의 불량을 초래한다. 이러한 불량 원인은 금속 구조에 부적절하게 증착된 표면과 SiO2막 혹은 SiON막간의 접착(Adhesion) 부족이 원인이 되기도 한다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 금속 배선 구조와의 접착 특성이 우수한 TiO2막을 하드 마스크로 사용함으로써 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 반도체 기판 2 : 층간 절연막
3a : 제 1 Ti막 3b : 배선용 금속층
3c : 제 2 Ti막 3d : TiN막
3 : 금속 배선 4 : TiO2막
5 : 감광막 패턴
본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법은 층간 절연막 상에 Ti막, 금속 배선용 금속층, 접착층 및 반사 방지막이 순차적으로 적층된 금속 배선 구조가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계, 금속 배선용 금속층 상에 하드 마스크를 형성한 후 패터닝하는 단계 및 패티닝된 하드 마스크를 식각 마스크로 하여 반사 방지막, 접착층, 금속 배선용 금속층 및 Ti막의 노출된 영역을 순차적으로 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계로 이루어진다.
금속 배선용 금속층은 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 구리 합금으로 형성한다. 접착층은 Ti막으로 형성하며, 반사 방지막은 TiN막을 형성한다.
하드 마스크는 금속 배선 구조와 접착력이 뛰어난 TiO2막으로 형성하는데, TiO2막은 스퍼터링 방법으로 1000 내지 1500Å의 두께로 형성하거나, 반사 방지막을산소 분위기에서 산화시켜 50 내지 100Å의 두께로 산화층을 형성한 후 Ti막을 증착하고 RTO 처리로 Ti막을 산화시켜 700 내지 1000Å의 두께로 형성한다.
하드 마스크의 패터닝은 C-F 계열의 가스를 식각 가스로 사용하여 실시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(1) 상에 층간 절연막(2)을 형성한 후 제 1 Ti막(3a), 배선용 금속층(3b), 제 2 Ti막(3c) 및 TiN막(3d)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 제 1 Ti막(3a)은 배선용 금속층(3b)을 증착할 때 증착 특성을 향상시키기 위하여 증착 활성층으로 형성한다. 배선용 금속층(3b)은 저항이 낮은 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 구리 합금(Al-Cu)을 증착하여 형성한다. 제 2 Ti막(3c)은 배선용 금속층(3b)과 TiN막(3d)과의 접착 특성이 열악하므로 접착 특성을 향상시키기 위한 접착층으로 사용하기 위하여 형성한다. TiN막(3d)은 노광 공정시 반사 방지막으로 사용하기 위하여 형성한다.
도 1b를 참조하면, TiN막(3d) 상에 하드 마스크로 TiO2막(4)을 형성한 후 금속 배선 라인을 정의하는 감광막 패턴(5)을 형성한다.
TiO2막(4)은 190 내지 210℃의 온도와 5 내지 50mTorr의 압력에서 TiO2또는 Ti를 타겟 물질로 하여 스퍼터링 방법으로 1000 내지 1500Å의 두께로 형성한다. 이때, Ti를 타겟 물질로 사용할 경우에는 증착 챔버 내부로 산소 가스를 공급하여 준다. TiO2막을 형성하는 다른 방법으로는 TiN막(3d)을 산소(O2) 분위기에서 산화시켜 50 내지 100Å의 두께로 TiON막(도시되지 않음)을 형성한 후 Ti막(도시되지 않음)을 증착하고 190 내지 210℃의 온도와 5 내지 50mTorr의 압력에서 RTO 처리로 Ti막을 산화시켜 형성한다. 상기의 방법으로 TiO2막(4)을 700 내지 1000Å의 두께로 형성한다.
도 1c를 참조하면, 감광막 패턴(5)을 식각 마스크로 하여 TiO2막(4)의 선택된 부분을 식각해 패터닝한다.
이때, TiO2막(4)의 패터닝을 위한 식각 공정은 C-F 계열의 가스를 식각 가스로 사용하여 실시한다.
도 1d를 참조하면, 감광막 패턴(5)을 제거한 후 하드 마스크인 TiO2막(4)을 식각 마스크로 하여 TiN막(3d), 제 2 Ti막(3c), 배선용 금속층(3b) 및 제 1 Ti막(3a)의 노출된 영역을 식각하여 금속 배선(3)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 하드 마스크로 접착 특성이 우수한 TiO2막을 사용해 형성함으로써 하드 마스크가 후속 공정이나 모니터링 공정에서 떨어져 나가 다른 패턴에 불량이 발생하는 것을 방지하여 공정의 신뢰성을 향상시키고, 수율을 증대시키는 효과가 있다.
Claims (8)
- 층간 절연막 상에 Ti막, 금속 배선용 금속층, 접착층 및 반사 방지막이 순차적으로 적층된 금속 배선 구조가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계;상기 금속 배선용 금속층 상에 TiO2막으로 이루어진 하드 마스크를 형성한 후 패터닝하는 단계; 및상기 패티닝된 하드 마스크를 식각 마스크로 하여 상기 반사 방지막, 상기 접착층, 상기 금속 배선용 금속층 및 상기 Ti막의 노출된 영역을 순차적으로 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 배선용 금속층은 알루미늄, 구리 또는 알루미늄 구리 합금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 접착층은 Ti막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사 방지막은 TiN막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 TiO2막은 190 내지 210℃의 온도와 5 내지 50mTorr의 압력에서 TiO2또는 Ti를 타겟 물질로 하여 스퍼터링 방법으로 1000 내지 1500Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 TiO2막은 상기 반사 방지막을 산소 분위기에서 산화시켜 50 내지 100Å의 두께로 산화층을 형성한 후 Ti막을 증착하고 190 내지 210℃의 온도와 5 내지 50mTorr의 압력에서 RTO 처리로 Ti막을 산화시켜 700 내지 1000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하드 마스크의 패터닝은 C-F 계열의 가스를 식각 가스로 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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