KR100407809B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 비아홀에서의 두 배선 사이의 접촉 특성을 향상시키기 위하여, 비아홀 하부의 양측면에 해당하는 부분에 식각장벽층을 형성한다. 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위하여, 우선, 기판 위에 제1 배선을 형성한 후, 제1 배선에 소정 간격을 두고 위치하는 제1 및 제2 홈을 형성한다. 이어, 제1 및 제2 홈을 매립하는 제1 및 제2 식각장벽층을 각각 형성한 후, 제1 및 제2 식각장벽층 및 제1 배선을 덮는 절연막을 형성한다. 이어, 절연막에 제1 및 제2 식각장벽층 및 제1 및 제2 식각장벽층 사이의 제1 배선 부분을 드러내는 비아홀을 형성한 후, 비아홀을 통하여 제1 배선에 연결되는 제2 배선을 형성한다.

Description

반도체 소자의 제조 방법 {METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 집적 구조의 반도체 소자에 있어서의 다층 배선의 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 소자가 점차 고집적화, 다층화됨에 따라 중요한 기술의 하나로 다층 배선 기술이 등장하게 되었는데, 이와 같은 다층 배선 기술은 금속 배선층과 절연막을 회로 소자가 형성된 반도체 기판 상부에 교대로 형성되며, 절연막에 의해 분리된 금속 배선층 사이를 비아를 통해 전기적으로 접속함으로써 회로 동작이 이루어지도록 하는 것이다.

그리고, 반도체 소자에서 다층 배선 기술을 적용함으로써, 교차 배선이 가능하게 되어 반도체 소자의 회로 설계에 있어서의 자유도와 집적도를 향상시킬 수 있으며, 또한, 배선 길이를 단축할 수 있어 배선이 수반하는 속도의 지연 시간을 짧게 함으로써 반도체 소자의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 반도체 소자의 미세화에 따라 금속 배선층의 선폭이 점차적으로 작아지고 있다.

반도체 소자의 다층 배선을 형성하는 종래 기술 중의 하나는 하부 배선을 덮는 절연막에 하부 배선을 드러내는 비아홀을 형성한 후, 이 비아홀에 하부 배선에 접촉하는 상부 배선을 증착하고 평탄화하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 배선 형성을 설명하는 도면이다.

알루미늄층(1) 상에 고융점 금속층(2)이 적층되어 있는 구조의 하부 금속 배선 위에 절연막(3)이 형성되어 있다. 이러한 하부 금속 배선에 연결되는 상부 금속 배선(도시하지 않음)은 배선 접촉 저항을 낮추기 위하여 알루미늄층(1)에 접촉시킨다. 이를 위하여, 사진 식각 공정을 통하여 절연막(3)을 식각하고, 계속해서, 고융점 금속층(2)을 식각하여 알루미늄층(1)을 드러내는 비아홀(H)을 형성한다.

그런데, 알루미늄층(1)은 고융점 금속층(2)에 비하여 식각이 잘 되기 때문에 고융점 금속층(2)을 식각하는 과정에서 알루미늄층(1)의 상부 일부가 함께 식각되면서 비아홀(H)이 형성된다. 이 때, 비아홀(H)의 하부의 측면에 해당하는 알루미늄층(1)도 함께 식각되어 측면 언더 식각(100)이 이루어진다.

이러한 비아홀(H)의 측면 언더 식각(100)은 상부 금속 배선의 스텝 커버리지를 불량하게 만들고, 심할 경우에는 비아홀 하부의 측면 부분에서 상부 금속 배선이 끊어지는 등 배선 불량을 유발한다.

본 발명은 반도체 소자의 배선을 형성함에 있어서, 비아홀에서의 두 배선 사이의 접촉 특성을 향상시키고자 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 배선 형성 공정을 설명하기 위한 도면이고,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조에 있어서 배선 형성 공정도이다.

본 발명은 이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 비아홀 하부의 양측면에 해당하는 부분에 식각장벽층을 형성한다.

구체적으로 본 발명에 따른 반도체 소자를 제조하기 위하여, 우선, 기판 위에 제1 배선을 형성한 후, 제1 배선에 소정 간격을 두고 위치하는 제1 및 제2 홈을 형성한다. 이어, 제1 및 제2 홈을 매립하는 제1 및 제2 식각장벽층을 각각 형성한 후, 제1 및 제2 식각장벽층 및 제1 배선을 덮는 절연막을 형성한다. 이어, 절연막에 제1 및 제2 식각장벽층 및 제1 및 제2 식각장벽층 사이의 제1 배선 부분을 드러내는 비아홀을 형성한 후, 비아홀을 통하여 제1 배선에 연결되는 제2 배선을 형성한다.

여기서, 제1 배선 위에 고융점 금속 물질로 이루어진 반사 방지막을 형성한 후, 제1 및 제2 홈을 반사 방지막 및 제1 배선에 형성할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 식각장벽층은 고융점 금속 물질로 형성할 수 있고, 비아홀은 절연막, 제1 및 제2 식각장벽층 및 제1 배선에 형성할 수 있다. 이 때, 비아홀의 저면은 제1 및 제2 식각장벽층의 하단 위에 위치하게 할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 식각장벽층의 두께는 제1 배선 두께의 1/2 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조에 있어서,배선의 형성 방법에 관한 것이다.

우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판(10) 상에 하부 금속 배선(20)을 형성하고, 하부 금속 배선(20) 상에 반사 방지막(30)을 증착한다. 이어, 사진 식각 공정으로 반사 방지막(30)과 하부 금속 배선(20)의 상부 일부를 제거하여, 소정의 간격을 두고 위치하는 제1 및 제2 홈(A1, A2)을 형성한다.

이 때, 하부 금속 배선(20)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등과 같은 저저항 금속 물질로 형성하는 것이 유리하다. 반사 방지막(30)은 사진 식각 공정 중 노광 작업에서, 하부 금속 배선(20)이 노광용 광을 반사하는 것을 방지하기 위하여 하부 금속 배선(20) 위에 형성한다. 이 때, 반사 방지막(30)은 Ti, Ta, Co, TiN, TaN 등과 같이, 반사 특성이 적은 물질로 형성하는 것이 유리하다.

다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 홈(A1, A2)이 형성된 하부 금속 배선(20) 및 반사 방지막(30) 상에 식각장벽층용 금속층을 증착한다. 이어, 화학 기계적 연마법 또는 에치백을 통하여 식각장벽층용 금속층을 반사 방지막(30)이 드러날 때까지 제거하여, 제1 및 제2 홈(A1, A2)을 매립하는 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)을 형성한다.

여기서, 식각장벽층용 금속층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등으로 이루어진 하부 금속 배선(20)에 대하여 식각 선택율이 높은 물질 예를 들어, Ti, Ta, Co, TiN, TaN, CoN 등과 같은 고융점 금속 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 식각장벽층용 금속층은 제1 및 제2 홈(A1, A2)을 충분히 덮도록 형성하는데, 300℃ 이하의 온도에서 이중층 이상의 층구조로 형성할 수 있다. 또한, 식각장벽층용 금속층은 하부 금속 배선(20) 두께의 1/2 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42) 및 반사 방지막(30) 상에 산화막 등의 층간 절연막(50)을 증착한다. 이어, 층간 절연막 (50) 위에 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)의 일부와 그 사이의 반사 방지 막(30) 부분을 함께 드러내도록 정의하는 감광막 패턴(PR)을 형성한다.

다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴(PR)을 마스크로하여 층간 절연막(50)을 식각하여, 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)의 일부 및 그 사이의 반사 방지막(30) 부분을 함께 드러낸다. 이어, 계속해서, 식각된 층간 절연막(50)을 통하여 드러난 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42) 및 그 사이의 반사 방지막(30) 부분을 식각하여, 하부 금속 배선(20)을 드러내는 비아홀(45)을 형성한다.

이 때, 반사 방지막(30)을 식각하는 식각 물질이 반사 방지막(30)을 식각하고, 그 하부의 하부 금속 배선(20)의 상부 일부를 식각하여 비아홀(45)을 형성할 수도 있다. 그러나, 이 식각 물질은 비아홀(45)의 저면 중앙부에 위치하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등으로 이루어진 하부 금속 배선(20)에서보다 비아홀(45)의 저면 양측부분에 위치하는 고융점 금속 물질로 이루어진 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)에서 식각율이 더 낮기 때문에 비아홀(45) 하부의 측면 부분에서 일어나는 측면 언더 식각이 일어나지 않는다. 이 때, 비아홀(45)을형성하는 과정에서, 반사 방지막(30)을 식각하는 식각 물질이 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)을 모두 식각하지 않도록 식각 시간을 조절하는 것이 바람직하다. 예로써, 이 식각 물질이 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)의 상부 일부만을 식각하도록 한다. 즉, 비아홀(45)의 저면이 제1 및 제2 식각장벽층(41, 42)의 하단보다 높은 부분에 위치할 때 식각을 정지하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 하부 측면에서의 언더 식각이 없는 비아홀에서는 상부 배선층의 스텝 커버리지를 양호하게 할 수 있으며, 배선층의 절단 가능성이 거의 없다.

다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 비아홀(45) 및 층간 절연막(30) 상에 상부 금속 배선용 금속층을 증착한 후, 사진 식각 공정으로 이 금속층을 패터닝하여 하부 금속 배선(20)에 연결되는 상부 금속 배선(60)을 형성한다.

여기서, 상부 금속 배선(60)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등과 같은 저저항 금속 물질로 형성하는 것이 유리하다.

이 때, 상부 금속 배선용 금속층을 증착하기 전에 비아홀(45)을 매립하는 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어진 비아를 형성할 수 있다. 이 경우, 상부 금속 배선(60)은 비아를 통하여 하부 금속 배선(20)에 전기적으로 연결된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 비아홀을 덮는 배선의 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있으며, 비아홀에서의 배선 절단 가능성을 감소시킴으로써, 비아홀을 통하여 연결되는 두 배선 사이의 접촉 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 기판 위에 제1 배선을 형성하는 단계,

   상기 제1 배선에 소정 간격을 두고 위치하는 제1 및 제2 홈을 형성하는 단계,

   상기 제1 및 제2 홈을 매립하는 제1 및 제2 식각장벽층을 각각 형성하는 단계,

   상기 제1 및 제2 식각장벽층 및 상기 제1 배선을 덮는 절연막을 형성하는 단계,

   상기 절연막에 상기 제1 및 제2 식각장벽층 및 상기 제1 및 제2 식각장벽층 사이의 제1 배선 부분을 드러내는 비아홀을 형성하는 단계,

   상기 비아홀을 통하여 상기 제1 배선에 연결되는 제2 배선을 형성하는 단계

   를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
2. 제1항에서,

   상기 제1 배선 위에 고융점 금속 물질로 이루어진 반사 방지막을 형성하고,

   상기 제1 및 제2 홈을 상기 반사 방지막 및 상기 제1 배선에 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
3. 제1항에서,

   상기 제1 및 제2 식각장벽층은 고융점 금속 물질로 형성하는 반도체 소자의제조 방법.
4. 제1항에서,

   상기 비아홀은 상기 절연막, 상기 제1 및 제2 식각장벽층 및 상기 제1 배선에 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
5. 제4항에서,

   상기 비아홀의 저면이 상기 제1 및 제2 식각장벽층의 하단 위에 위치하는 반도체 소자의 제조 방법.
6. 제1항에서,

   상기 제1 및 제2 식각장벽층의 두께는 상기 제1 배선 두께의 1/2 이하가 되는 반도체 소자의 제조 방법.