KR100445060B1 - 반도체장치의금속배선형성방법 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야.
반도체 장치 제조 방법.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제.
반도체 장치의 텅스텐을 이용하는 금속 배선 공정시, 패터닝 공정에서 포토레지스트막과의 식각 선택비를 크게 하여 공정 마진을 확보할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
3. 발명의 해결 방법의 요지.
텅스텐을 이용하는 금속 배선 형성시, Cl2/BCl3,CF4,CF4/HBr를 포함하는 가스 분위기에서 식각 공정을 진행하여 포토레지스트 패턴과의 식각 선택비를 향상시켜 공정 마진을 확보한다.
4. 발명이 중요한 용도.
반도체 장치 제조 공정 중 캐패시터 제조 공정에 이용됨.

Description

반도체 장치의 금속 배선 형성 방법
본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 관한 것으로, 특히 텅스텐을 이용하는 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전도막은 소자들간의 전기 소통이나 소자들의 상호 연결의 기능을 갖는다. 따라서 전도막 형성 공정은 집적회로의 수율과 신뢰도에 가장 큰 영향을 주는 결정적인 공정이다.
이에 알루미늄(Al)은 실리콘(Si)과 실리콘 산화막(SiO2)에 대한 접착력이 우수하고, 고농도로 도핑된 확산층(N+, P+)과의 접촉시 옴성 저항 특성을 나타냄으로 해서, 반도체 장치 제조 공정에서 전도막 형성을 위한 콘택의 매립 재료로서 가장 널리 사용된다.
현추세에 따라, 집적회로 제조시 소자가 고 집적화되어 가면서 소자들간의 전기적 연결을 위한 콘택(contact)의 크기가 작아지고 이에 따라 콘택홀에 전도막의 매립 불량이 야기되고 있다.
이에 좀더 개선된 방안으로 콘택홀을 텅스텐으로 매립하여 텅스텐 플러그를 형성하고, 그 상부에 배선용 알루미늄 금속을 증착한다. 텅스텐은 고융점의 내열 금속으로 실리콘과의 열적 안정성이 우수하며, 비저항이 낮아 장벽 금속이나 플러그로 사용된다. 또한 콘택홀 내에서의 단차피복성 및 일렉트로 미그레이션 등의 특성이 기존의 알루미늄 금속 공정보다 우수하나, 비저항 및 대부분이 산화막 등의 절연막에 대한 접착 특성이 불량한 단점을 가지고 있다.
일반적으로 텅스텐을 이용하는 금속 공정은 실리콘 기판 상에 층간절연막을 형성한 후, 장벽 금속막으로 Ti막을 형성한 후, 텅스텐막이 형성된다. 그리고, 사진 식각 공정을 위한 포토레지스트 패터닝을 위하여 텅스텐막 상에 반사 방지막으로 TiN막을 형성한다.
여기서 포토레지스트 패턴을 식각 장벽으로 하여 전도막을 형성할 때, 종래에는 Cl2/BCl3가스를 이용하여 반사방지막을 식각하고, 다음으로 SF6/N2가스를 이용하여 텅스텐막을 식각하여 전도막 패턴을 형성한다.
그런데, 이러한 공정시, DUV(Deep Ultra Violet) 포토레지스트막이 식각되면서, 공정 마진이 부족 되는 실정이다. 즉 종래의 식각 공정시, 텅스텐막과 DUV포토레지스트막과의 식각 선택비는 1이하이다. 이에 텅스텐막을 이용하는 금속 배선 공정시 공정의 마진 여유분을 갖는 금속 배선 방법의 개발이 필요하게 되었다.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 반도체 장치의 텅스텐을 이용하는 금속 배선 공정시, 패터닝 공정에서 포토레지스트막과의 식각 선택비를 크게 하여 공정 마진을 확보할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 텅스텐 식각을 나타내는 공정 단면도,
도2a 내지 2c는 텅스텐 식각 조건을 달리한 경우의 포토레지스트 패턴과 텅스텐 식각 정도를 나타내는 공정도.
*도면 부호의 간단한 설명.
11 :실리콘 기판 12 : BPSG
13 : Ti막 14 : TiN막
15 : 텅스텐막 16 : TiN막
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은,절연막상에 Ti/TiN막, 텅스텐막, TiN막을 차례로 적층하는 단계; 상기 TiN막 상부의 소정부위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로하여, 상기 TiN막, 상기 텅스텐막, 및 Ti/TiN막을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 식각 단계에서, 상기 텅스텐막은 SF6, HBr, 및 N2를 포함하는 가스 분위기에서 식각하고, 상기 TiN/Ti막 및 TiN막은 Cl2, BCl3, HBr, 및 CF4를 포함하는 가스 분위기에서 식각하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(11)상에 BPSG막(12)을 형성한다. 그리고 그 상부에 텅스텐막(15)을 형성하는데 여기서 텅스텐막과 BPSG막(12)과의 접촉력 등의 향상을 위한 장벽 금속막으로 Ti막(13), TiN막(14)을 형성하고, 또한 후속 공정시 포토레지스트막의 패터닝 공정시 반사방지막 역할을 하기 위한 TiN막(16)을 형성한다. 그리고, 금속선 패터닝을 위한 포토레지스트 패턴(101)을 형성한다.
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, Cl2/BCl3/HBr, Cl2/BCl3/CF4, Cl2/BCl3/CF4/HBr, Cl2/HBr, Cl2/HBr/CF4등의 가스로 반사방지막 TiN막(16)을 식각 한다.
여기서 "HBr" 가스는 폴리머를 많이 발생시키는 가스로서, 식각 장비의 바이어스 전력을 낮추는 것이 가능하여 포토레지스트 패턴과(101)의 선택비를 높일 수 있고, "CF4" 가스는 TiN막(16)을 잘 식각 함으로써 포토레지스트 패턴(101)과의 식각 선택비를 높인다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, SF6/HBr, SF6/N2/HBr가스를 이용하여 텅스텐막(15)을 식각 한다. 여기서 도2a 내지 2c는 텅스텐 식각 조건을 달리한 경우의 포토레지스트 패턴과 텅스텐 식각 정도를 나타내는 공정도로서, 도면 부호 "21" 은 실리콘 기판, "22" 는 층간절연막, "23" 은 Ti막, "24" 는 TiN막, "25" 는 텅스텐막, "26" 은 TiN막, "201" 은 포토레지스트 패턴을 각각 나타낸다. 도2a는 일반적인 공정시 단면도이고, 도2b는 HBr가스를 첨가한 후, 텅스텐막(25)이 경사지게 식각된 경우를 나타낸다. 도2c는 HBr가스를 첨가하고, 바이어스 전력을 감소시킨 후의 공정도이다. 도면에서 프로 파일의 각은 θ>ψ,
Figure pat00001
의 관계를 가지며, 공정후의 포토레지스트 두께는,
Figure pat00002
, t2<t3의 관계를 갖는다.
식각 장비의 바이어스 전력은 금속막과 포토레지스트 패턴과의 선택비에 가장 큰 효과를 미치는 파라미터이며, 바이어스 전력을 낮추면 포토레지스트 패턴과의 선택비가 증가된다.
다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, Cl2/BCl3/HBr, Cl2/BCl3/CF4, Cl2/BCl3/CF4/HBr, Cl2/HBr, Cl2/HBr/CF4등의 가스로 장벽 금속막 Ti(13)/TiN막(14)을 식각 한다. 여기서 "HBr" 가스의 첨가는 경사지게 식각 하기 위함이다.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 전체적으로, 소스전력(source power)은 500 내지 2000W, 바이어스 전력은 10내지 100W,압력은, 5mTorr 내지 15mTorr, 온도는 50℃, 캐소드 온도는 0℃ 내지 50℃로 설정하여 실시한다.
그리고 텅스텐막(15) 식각은 SF6의 유량을 50sccm 내지 200sccm으로 하고, N2의 유량을 5sccm 내지 50sccm, HBr의 유량은 5sccm내지 50sccm으로 설정하여 실시하고, Ti/TiN막(13,14) 및 TiN(16)막의 식각은 Cl2의 유량을 50sccm 내지 200sccm, BCl3의 유량을 5sccm 내지 50sccm, CF4의 유량을 5sccm 내지 50sccm, HBr의 유량은 5sccm내지 50sccm으로하는 공정 조건에서 진행된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 텅스텐을 이용하는 금속 배선 형성시, Cl2/BCl3+ CF4,CF4/HBr를 포함하는 가스 분위기에서 식각 공정을 진행하여 포토레지스트 패턴과의 식각 선택비를 향상시켜 공정 마진을 확보한다.

Claims (4)

  1. 절연막상에 Ti/TiN막, 텅스텐막, TiN막을 차례로 적층하는 단계;
    상기 TiN막 상부의 소정부위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로하여, 상기 TiN막, 상기 텅스텐막, 및 Ti/TiN막을 식각하는 단계를 포함하며,
    상기 식각 단계에서, 상기 텅스텐막은 SF6, HBr, 및 N2를 포함하는 가스 분위기에서 식각하고, 상기 TiN/Ti막 및 TiN막은 Cl2, BCl3, HBr, 및 CF4를 포함하는 가스 분위기에서 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 TiN막, 상기 텅스텐막, 및 Ti/TiN막의 식각은 각각 소스전력을 500W 내지 2000W로 하고, 바이어스 전력은 10W 내지 100W, 전압은 5mTorr 내지 15mTorr로 설정하여 실시하는 반도체 장치 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐막 식각은 SF6의 유량을 50sccm 내지 200sccm으로 하고, N2의 유량을 5sccm 내지 50sccm, HBr의 유량은 5sccm내지 50sccm으로 설정하여 실시하는 반도체 장치 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    Ti/TiN막의 식각은 Cl2의 유량을 50sccm 내지 200sccm, BCl3의 유량을 5sccm 내지 50sccm, CF4의 유량을 5sccm 내지 50sccm, HBr의 유량은 5sccm내지 50sccm으로 설정하여 실시하는 반도체 장치 제조 방법.
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