KR100450239B1 - Method of fuse disconnection - Google Patents

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Abstract

퓨즈 단절 방법에 관한 것으로, 그 목적은 보다 더 미세한 선폭을 가지는 소자에 적용할 수 있는 퓨즈 단절 방법을 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명에서는, 식각 챔버 내에 Cl2, BCl3가스를 주입하고, 5~40 mTorr의 저압력 상태에서 상부의 소스 전극에는 500 W 이하의 전력을, 하부의 바이어스 전극에는 200 W 이하의 전력을 인가하며, 상기 Cl2가스의 유량을 20~150 sccm으로, 상기 BCl3가스의 유량을 30 sccm 이하로 하여 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 발생시켜 불필요한 금속 배선을 식각하는 단계와, 식각 챔버 내에 10~50 sccm의 유량의 Ar 가스와 50 sccm 이하의 CHF3가스를 추가로 주입하여 금속 플러그를 식각하는 단계를 포함하며, 이로써 종래보다 더 미세한 선폭을 가지는 소자에서도 퓨즈 단절을 수행한다.The present invention relates to a fuse disconnection method, and an object thereof is to provide a fuse disconnection method applicable to a device having a finer line width. To this end, in the present invention, Cl 2 , BCl 3 gas is injected into the etching chamber, the power of 500 W or less for the upper source electrode, 200 W or less for the lower bias electrode in a low pressure state of 5 ~ 40 mTorr Etch the unnecessary metal wiring by generating a high density plasma of 10 11 to 10 12 / cm 3 with a flow rate of the Cl 2 gas of 20 to 150 sccm and a flow rate of the BCl 3 gas of 30 sccm or less. And injecting an Ar gas having a flow rate of 10 to 50 sccm and a CHF 3 gas of 50 sccm or less into the etching chamber to etch the metal plug, thereby allowing fuses even in devices having a finer line width than the conventional art. Perform the disconnect.

Description

퓨즈 단절 방법 {Method of fuse disconnection}Fuse disconnection method {Method of fuse disconnection}

본 발명은 반도체 소자 제조 공정 중 퓨즈 단절 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절을 수행하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuse disconnection process of a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to a method of performing fuse disconnection using plasma.

퓨즈 단절 공정이란 불필요한 금속배선을 제거하는 공정으로서, 퓨즈 단절을 통해 반복적 기능을 수행하게끔 소자를 프로그래밍한다.The fuse disconnect process removes unnecessary metal wiring and programs the device to perform repetitive functions through fuse disconnect.

종래에는 레이저를 이용하여 불필요한 금속배선을 제거하였는데, 이 경우 레이저 빔의 크기가 2.5~3 ㎛ 로서 비교적 크기 때문에 웨이퍼 내 다이(die) 크기가 커져 생산 가능한 순수 다이 숫자가 적은 단점이 있다.Conventionally, the unnecessary metal wiring is removed using a laser. In this case, since the size of the laser beam is relatively large as 2.5 to 3 μm, the die size in the wafer is increased, and thus there is a small number of pure dies that can be produced.

또 다른 퓨즈 단절 방법으로는 플라즈마를 이용하는 방법이 있는데, 종래에는 고압력 조건에서 밀도가 1010~1011개/cm3인 저밀도의 플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절 공정을 수행해왔다.Another fuse disconnection method is a method using a plasma, and conventionally, a fuse disconnection process has been performed using a low-density plasma having a density of 10 10 -10 11 / cm 3 under high pressure conditions.

그러나 종래의 고압, 저밀도 플라즈마를 이용하면 플라즈마의 직진성이 낮고 플라즈마의 밀도가 낮아서 등방성 식각 경향이 강하며, 이 경우 별도로 설계된 마스크 패턴을 이용하여 공정을 수행할 수는 있으나, 홀의 크기가 1.0 ㎛ 이하로 감소하여 종횡비가 1:1 이상이 되면 금속배선 하부의 플러그를 식각하는 것이 불가능하게 되는 문제점이 있다.However, if the conventional high-pressure and low-density plasma is used, the plasma has low linearity and the plasma density is low, so the isotropic etching tends to be strong. When the aspect ratio is reduced to 1: 1 or more, there is a problem that it is impossible to etch the plug of the lower metal wiring.

도 1은 종래의 고압, 저밀도 플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절 공정을 수행한 후 상부에서 금속 배선의 상면을 관측한 현미경 사진이며, 이에 도시된 바와 같이 하부의 플러그가 깨끗하게 식각되지 않아 완전하게 퓨즈 단절이 이루어지지 않았음을 알 수 있다.1 is a microscope photograph of the upper surface of a metal wiring after performing a fuse disconnection process using a conventional high pressure and low density plasma, as shown in FIG. It can be seen that it was not made.

현재 고압, 저밀도 플라즈마를 이용하는 경우 1.2 ㎛ 의 홀까지 적용할 수 있으며 이보다 더 작은 크기의 홀에 대해서는 퓨즈 단절이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.In the case of using a high-pressure, low-density plasma, it is possible to apply holes up to 1.2 μm, and there is a problem that fuse disconnection is not properly performed for holes smaller than this.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 보다 더 미세한 선폭을 가지는 소자에 적용할 수 있는 퓨즈 단절 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a fuse disconnection method that can be applied to a device having a finer line width.

본 발명의 또 다른 목적은 저압력 조건에서 고밀도의 플라즈마로 퓨즈 단절공정을 수행하는 데 있다.Still another object of the present invention is to perform a fuse disconnection process with a high density plasma under low pressure conditions.

도 1은 종래의 고압, 저밀도 플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절 공정을 수행한 후 상부에서 금속 배선의 상면을 관측한 현미경 사진이다.1 is a photomicrograph of an upper surface of a metal wiring after performing a fuse disconnection process using a conventional high pressure and low density plasma.

도 2는 본 발명에 따른 저압, 고밀도 플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절 공정을 수행한 후 상부에서 금속 배선의 상면을 관측한 현미경 사진이다.Figure 2 is a micrograph observing the upper surface of the metal wiring from the top after performing the fuse disconnection process using a low pressure, high density plasma according to the present invention.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 공정 조건을 최적화하여 5~40 mTorr의 저압력 조건에서 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 형성하고 이를 이용하여 보다 더 미세한 선폭을 가지는 소자에서도 퓨즈 단절을 수행하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object as described above, in the present invention by optimizing the process conditions to form a high-density plasma of 10 11 ~ 10 12 / cm 3 under low pressure conditions of 5 ~ 40 mTorr and using a finer line width The fuse disconnection is also characterized in that the device having a.

즉, 본 발명에 따른 퓨즈 단절 방법은, 식각 챔버 내에 Cl2, BCl3가스를 주입하고, 5~40 mTorr의 저압력 상태에서 상부의 소스 전극에는 500 W 이하의 전력을, 하부의 바이어스 전극에는 200 W 이하의 전력을 인가하며, 상기 Cl2가스의 유량을 20~150 sccm으로, 상기 BCl3가스의 유량을 30 sccm 이하로 하여 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 발생시켜 불필요한 금속 배선을 식각하는 단계와, 식각 챔버 내에 10~50 sccm의 유량의 Ar 가스와 50 sccm 이하의 CHF3가스를 추가로 주입하여 금속 플러그를 식각하는 단계로 이루어진다.That is, in the fuse disconnection method according to the present invention, Cl 2 , BCl 3 gas is injected into the etching chamber, and a power of 500 W or less is applied to the upper source electrode at a low pressure of 5 to 40 mTorr, and to the lower bias electrode. Applying a power of 200 W or less, generating a high-density plasma of 10 11 ~ 10 12 / cm 3 by the flow rate of the Cl 2 gas to 20 ~ 150 sccm, the flow rate of the BCl 3 gas below 30 sccm Etching the unnecessary metal wiring, and etching the metal plug by additionally injecting Ar gas at a flow rate of 10 to 50 sccm and CHF 3 gas of 50 sccm or less in the etching chamber.

이 때, 불필요한 금속 배선 및 금속 플러그를 식각하는 동안에는 하부로부터 웨이퍼 후면을 향해 He 가스를 6~15 mTorr의 압력으로 가해주어 웨이퍼 척(chuck)의 온도를 30~260℃ 범위 중의 어느 한 온도로 일정하게 유지시키는 것이 바람직하다.At this time, while etching unnecessary metal wires and metal plugs, He gas is applied from the bottom toward the back of the wafer at a pressure of 6 to 15 mTorr so that the temperature of the wafer chuck is constant at any temperature in the range of 30 to 260 ° C. It is desirable to keep it.

이하, 본 발명에 따른 퓨즈 단절 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuse disconnection method according to the present invention will be described in detail.

플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절 공정을 수행할 때에는 플라즈마의 평균자유행로(mean free path)가 길수록, 즉 직진성이 높을수록 더욱 가느다란 선폭의 미세소자에 적용하는 것이 가능해지며, 플라즈마의 직진성을 좌우하는 공정 변수로는 가스의 유량, 식각 챔버 내의 압력, 인가 전력 등이 있다.When performing a fuse disconnection process using plasma, the longer the mean free path of the plasma, that is, the higher the straightness, the thinner the line width can be applied to the micro devices having a thinner line width. Variables include gas flow rate, pressure in the etch chamber, applied power, and the like.

일반적으로 인가전력을 크게 하여 플라즈마를 고밀도로 형성하고 또한 펌핑속도를 증대하여 챔버 내의 압력을 낮게 함으로써 플라즈마의 행로를 방해하지 않도록 하면 플라즈마의 직진성이 증대되나, 저압력 조건에서는 플라즈마 발생이 어렵고 플라즈마 발생을 위해 인가 전력을 올리는 데에도 한계가 있기 때문에, 종래에는 저압력 조건에서 고밀도의 플라즈마를 형성하는 것이 불가능하였다.In general, when the applied power is increased to form the plasma at a high density, and the pumping speed is increased to lower the pressure in the chamber so that the plasma path is not disturbed, the straightness of the plasma is increased. Since there is a limit to raising the applied power for this purpose, it was conventionally impossible to form a high density plasma under low pressure conditions.

본 발명에서는 높은 직진성을 가지도록 5~40 mTorr의 저압력 조건에서 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 형성하는데, 이는 인가전력 및 사용된 식각가스의 유량 값을 최적화하는 것에 의해 가능해진다.In the present invention, to form a high-density plasma of 10 11 ~ 10 12 / cm 3 at low pressure of 5 ~ 40 mTorr to have a high straightness, by optimizing the applied power and flow rate of the etching gas used It becomes possible.

본 발명에서 찾아낸 최적화된 공정 조건은, 식각가스로서 Cl2, BCl3, CHF3, Ar 가스를 사용하고, 상부의 소스 전극에는 500 W 이하의 전력을, 하부의 바이어스 전극에는 200 W 이하의 전력을 인가하고, 가스의 유량은 Cl2가스의 경우 20~150 sccm으로 하고, BCl3가스는 30 sccm 이하로, CHF3가스는 50 sccm 이하로, Ar 가스는 10~50 sccm으로 한 것이다.The optimized process conditions found in the present invention are Cl 2 , BCl 3 , CHF 3 , Ar gas as an etching gas, the power of 500 W or less for the upper source electrode, 200 W or less for the lower bias electrode The flow rate of the gas is 20 to 150 sccm for Cl 2 gas, 30 sccm or less for BCl 3 gas, 50 sccm or less for CHF 3 gas, and 10 to 50 sccm for Ar gas.

그러면, 상기한 바와 같은 최적화된 공정 조건으로 퓨즈 단절 공정을 수행하는 방법을 설명한다.Next, a method of performing a fuse disconnection process under the optimized process conditions as described above will be described.

먼저, 식각 챔버 내에 Cl2, BCl3가스를 주입하고, 챔버 내의 압력을 5~40 mTorr로 한 상태에서 상부의 소스 전극에는 500 W 이하의 전력을 하부의 바이어스 전극에는 200 W 이하의 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 가스의 유량은 Cl2가스의 경우 20~150 sccm으로 하고, BCl3가스는 30 sccm 이하로 한다.First, Cl 2 , BCl 3 gas is injected into the etching chamber, and power of 500 W or less is applied to the upper source electrode and 200 W or less is applied to the lower bias electrode while the pressure in the chamber is 5 to 40 mTorr. To generate a plasma. At this time, the flow rate of gas is 20 to 150 sccm for Cl 2 gas and 30 sccm or less for BCl 3 gas.

상기한 바와 같은 공정 조건으로 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 발생시켜 제거하고자 하는 금속 배선인 Al 막과 그 하부의 산화막 및 금속 플러그인 W을 약 1000Å 이내로 식각한다. 이 때 Al과 W 간의 식각 선택비는 1:30 이하가 된다.Under the above process conditions, a high density plasma of 10 11 to 10 12 / cm 3 is generated to etch the Al film, the oxide film and the metal plug W under the metal wiring to be removed within about 1000 mW. At this time, the etching selectivity between Al and W is 1:30 or less.

다음, 추가로 Ar 가스 10~50 sccm의 유량과 50 sccm 이하의 CHF3가스를 주입하여 산화막 및 W을 식각하며, 이 때에는 W과 산화막 간의 식각 선택비가 1:1 이상이 되고, 산화막 및 W을 식각하는 동안에 이미 식각되어 있는 Al 홀의 측벽은 손상되지 않는다.Next, an oxide film and W are etched by additionally injecting Ar gas at a flow rate of 10 to 50 sccm and a CHF 3 gas of 50 sccm or less, wherein the etching selectivity between W and the oxide film is 1: 1 or more, and the oxide film and W are During etching, the sidewalls of Al holes already etched are not damaged.

상기한 바와 같은 인가 전력 및 가스 유량의 값으로 플라즈마를 발생시키면 5~40 mTorr의 저압력 상태에서 1011~1012개/cm3인 고밀도 플라즈마가 잘 형성되어 원하는 퓨즈 단절 공정을 수행할 수 있으며, 상기한 조건 범위를 벗어나면 저압, 고밀도의 플라즈마 형성이 어렵다.When the plasma is generated with the values of the applied power and the gas flow rate as described above, a high density plasma having 10 11 to 10 12 / cm 3 is well formed at a low pressure of 5 to 40 mTorr, thereby performing a desired fuse disconnection process. It is difficult to form a low pressure and high density plasma outside the above condition range.

또한, 상기한 식각 가스 중에서 CHF3가스는 종래에는 저압, 고밀도의 플라즈마 형성이 불안정하고 다량의 폴리머 형성으로 쉽게 사용할 수 없었으나, 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하여 적절한 압력과 인가전력 조건을 정하여 공정이 가능하게끔 하였다.In addition, although the CHF 3 gas among the above-described etching gas is conventionally low pressure and high density plasma formation is unstable and cannot be easily used due to the formation of a large amount of polymers, the present invention overcomes these disadvantages to determine appropriate pressure and applied power conditions. This made it possible.

불필요한 금속 배선 및 그 하부의 금속 플러그를 식각하는 동안에 기판이 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위해 하부로부터 웨이퍼 후면을 향해 He 가스를 6~15 mTorr의 압력으로 가해주어 웨이퍼 척(chuck)의 온도를 30~260℃ 범위 중의 어느 한 온도로 일정하게 유지시켜 준다.To prevent excessive heating of the substrate during etching of unnecessary metal wires and metal plugs beneath it, He gas is applied from the bottom toward the back of the wafer at a pressure of 6-15 mTorr to increase the temperature of the wafer chuck. It is kept at a constant temperature in the range of ~ 260 ℃.

이와 같이 불필요한 금속 배선 및 그 하부의 금속 플러그를 완전히 제거하여 퓨즈를 단절시킨 다음에는, 진공을 유지한 상태에서 다른 챔버로 이동하여 인시튜(in-situ)로 H2O 및 O2가스를 이용하여 감광막을 제거한다.After removing the unnecessary metal wires and the metal plugs below them, the fuses are disconnected, and then the H 2 O and O 2 gases are used in-situ by moving to another chamber while maintaining the vacuum. To remove the photoresist.

감광막 제거 후에는 금속 배선 및 금속 플러그 식각 중에, 그리고 감광막 제거 중에 발생한 부산물인 폴리머를 습식식각으로 제거함으로써, 제거된 금속배선 및 금속 플러그의 내부에 이물질이 남지 않도록 한다.After removing the photoresist, the polymer, which is a by-product generated during the etching of the metal wiring and the metal plug and during the removal of the photoresist, is removed by wet etching so that no foreign matter remains inside the removed metal wiring and the metal plug.

도 2는 본 발명에 따른 저압, 고밀도 플라즈마를 이용하여 퓨즈 단절 공정을 수행한 후 상부에서 금속 배선의 상면을 관측한 현미경 사진으로서, 이 현미경 사진으로부터 퓨즈 단절 공정이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다.Figure 2 is a micrograph of the upper surface of the metal wiring after performing the fuse disconnection process using a low-pressure, high-density plasma according to the present invention, it can be seen that the fuse disconnection process was well performed from this photomicrograph.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 인가전력 및 사용된 식각가스의 유량 값을 최적화하여 5~40 mTorr의 저압력에서 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 형성하여 퓨즈 단절 공정을 수행하기 때문에 기존의 적용한계인 1.2 ㎛의 홀보다 더 작은 0.4 ㎛의 홀에까지 적용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention optimizes the applied power and the flow rate of the used etching gas to form a high-density plasma of 10 11 to 10 12 pieces / cm 3 at a low pressure of 5 to 40 mTorr to perform a fuse disconnection process. Therefore, there is an effect that can be applied to the hole of 0.4 ㎛ smaller than the hole of 1.2 ㎛ existing application limit.

또한, 본 발명에서는 공정 조건을 최적화하여 식각가스로서 종래에 사용하지 못하였던 CHF3가스를 사용할 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 종래 CF4, SF6가스를 사용할 경우 Al홀 측면을 과도하게 식각하여 회로가 단락되는 것을 없애는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of optimizing the process conditions to use the CHF 3 gas that has not been used conventionally as an etching gas, so when using the conventional CF 4 , SF 6 gas to excessively etch the Al hole side There is an effect of eliminating the short circuit.

Claims (4)

플라즈마를 이용하여 불필요한 금속배선 및 상기 금속배선 하부의 금속플러그를 제거하는 퓨즈 단절 방법에 있어서,In the fuse disconnection method of removing unnecessary metal wiring and the metal plug under the metal wiring by using a plasma, 식각 챔버 내에 Cl2, BCl3가스를 주입하고, 5~40 mTorr의 저압력 상태에서 상부의 소스 전극에는 500 W 이하의 전력을, 하부의 바이어스 전극에는 200 W 이하의 전력을 인가하며, 상기 Cl2가스의 유량을 20~150 sccm으로, 상기 BCl3가스의 유량을 30 sccm 이하로 하여 1011~1012개/cm3인 고밀도의 플라즈마를 발생시켜 상기 불필요한 금속 배선을 식각하는 단계; 및Injecting Cl 2 , BCl 3 gas into the etching chamber and applying a power of 500 W or less to the upper source electrode and a power of 200 W or less to the lower bias electrode at a low pressure of 5 to 40 mTorr. Etching the unnecessary metal wiring by generating a high density plasma having a flow rate of 2 gas at 20 to 150 sccm and a flow rate of the BCl 3 gas at 30 sccm or less at 10 11 to 10 12 / cm 3 ; And 상기 식각 챔버 내에 10~50 sccm의 유량의 Ar 가스와 50 sccm 이하의 CHF3가스를 추가로 주입하여 상기 금속 플러그를 식각하는 단계를 포함하는 퓨즈 단절 방법.And injecting an Ar gas at a flow rate of 10 to 50 sccm and a CHF 3 gas of 50 sccm or less in the etching chamber to etch the metal plug. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불필요한 금속 배선 및 금속 플러그를 식각하는 동안에는 하부로부터 웨이퍼 후면을 향해 He 가스를 6~15 mTorr의 압력으로 가해주어 웨이퍼 척(chuck)의 온도를 30~260℃ 범위 중의 어느 한 온도로 일정하게 유지시키는 퓨즈 단절 방법.During etching of the unnecessary metal wires and metal plugs, He gas is applied from the bottom toward the back of the wafer at a pressure of 6-15 mTorr to maintain the temperature of the wafer chuck at any temperature in the range of 30 to 260 ° C. Fuse disconnection method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불필요한 금속 배선 및 금속 플러그를 식각한 후에는, H2O 및 O2가스를 이용하여 감광막을 제거하는 단계와, 상기 불필요한 금속 배선과 금속 플러그 식각 및 상기 감광막 제거 중에 부산물로서 발생한 폴리머를 습식 식각으로 제거하는 단계를 더 수행하는 퓨즈 단절 방법.After etching the unnecessary metal wiring and the metal plug, wet etching the polymer generated as a by-product during the removal of the photoresist using H 2 O and O 2 gas and etching the unnecessary metal wiring and the metal plug. Fuse disconnection method to perform further steps to remove.
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