KR100458081B1 - 반도체장치의비아홀형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비아 식각 후, 포토레지스트를 O2 플라즈마로 제거할 때, NF3 가스를 첨가하는 것에 의해서 포토레지스트 제거율을 크게 증가시키므로써, O2 플라즈마 분위기에 SOG가 노출되는 시간을 줄여주어, SOG가 과도 제거되어 발생되는 비아홀 측벽의 오목한 홈(recess)을 방지하고, 또한, NF3 플라즈마에 의해 포토레지스트가 제거되는 동안 SOG막 표면을 패시베이션(passivation) 시켜 SOG의 과도 제거를 방지한다.

Description

반도체 장치의 비아홀 형성 방법
본 발명은 반도체 장치의 비아홀 형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속 층간 절연막의 한 층인 SOG(spin on glass)막으로 부터의 수분 방출을 방지하기 위한 반도체 장치 장치의 비아홀(via hole) 형성 방법에 관한 것이다.
첨부도면 도 1A 내지 도 1E는 종래의 다층 금속배선 공정도로서, 이를 통해 종래의 기술 및 그 문제점을 설명하기로 한다.
도 1A는 주로 산화막인 절연막(11)상에 장벽금속(barrier metal) Ti/TiN막 (12)과 하부금속 Al(3)을 차례로 증착한 다음, 하부금속 마스크를 사용하여 하부금속 Al(3)과 Ti/TiN막(12)을 선택적으로 식각하므로써 하부금속 패턴을 형성한 상태이다. 이어서, 도 1B와 같이, 제1층간산화막(14)), SOG막(15), 및 제2층간산화막 (16)을 순서대로 증착하고, 도 1C와 같이, 비아홀 마스크인 포토레지스트 패턴(10)을 형성한 다음, 이를 식각 마스크로하여 제2층간산화막(16), SOG막(15), 및 제1층간산화막(14)을 식각한다.
계속해서, 도 1D와 O2 플라즈마 분위기에서 포토레지스트(10)을 제거하는데, 이때, O2 플라즈마에 의해 비아홀 내부에서 노출된 SOG(5)가 과도 제거되어, 비아홀 측벽에 오목한 홈(recess),(19)이 발생된다.
따라서, 도 1E와 같이 비아홀 내에 장벽금속 Ti/TiN(17)과 상부금속 Al(18)을 증착하게 되면, 비아홀 측벽에 오목한 홈(19)으로 인해 장벽금속 Ti/TiN(17)이 끊어져 상부금속 Al(18)의 스텝 커버리지(step-coverage)가 악화되고, 장벽금속 Ti/TiN(17)이 없는 부분에서 SOG에 함유되었던 수분이 빠져나와 고압/고온에서의 테스트시 페일(fail) 발생 원인이 된다.
이상과 같이, 2중 금속배선 공정 이상의 다층금속배선 공정이 적용되는 디바이스에서는 스퍼터링 방식의 장벽금속과 금속층의 스텝 커버리지(step-coverage)는 중요한 문제이다. 또한 평탄화를 위하여 사용하는 SOG막은 평탄화가 좋으나, 수분을 많이 함유하고 있어 고압/고온에서 작업을 실시할 경우 소자 페일의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 비아홀 측벽에서 오목한 홈(recess)이 발생되는 것을 방지하여 금속층의 스텝-커버리지를 향상시키는 비아홀 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비아홀 측벽의 SOG막으로 부터의 수분 방출을 방지하여 소자 특성을 향상시키는 반도체 장치의 비아홀 형성 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 SOG층을 포함하는 금속 층간 절연층 상에 비아식각 마스크를 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 SOG층을 포함하는 금속 층간 절연층을 식각하여 비아홀을 형성하는 단계; O2가스에 NF3가스가 혼합된 가스의 플라즈마 분위기에서 상기 포토레지스트를 제거(strip)하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 비아 식각에 의해 비아홀 측벽에서 SOG가 드러나고, 이 상태에서 포토레지스트(photo resist)를 제거하는 시간이 감소될수록 SOG가 과도식각되는 정도는 감소한다는 사실에서 착상되었다.
이하, 첨부된 도면 도 2A 내지 도 2C를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에서는 2중 금속배선에 관한 것이지만, 2중 이상의 금속배선 공정에도 본 발명은 적용됨을 유의하여야 한다.
먼저, 도 2A는 앞서 설명한 도 1A 내지 도 1C까지의 공정과 동일한 공정에 의해 비아 식각이 완료된 상태이다. 즉, 비아홀 마스크인 포토레지스트 패턴(20)을 형성한 다음, 이를 식각 마스크로하여 제2층간산화막(26), SOG막(25), 및 제1층간산화막(24)을 식각한 상태이다. 도면부호 "21" 은 절연막, "22" 는 Ti/TiN막, "23" 하부금속 Al을 각각 나타낸다.
이어서, 도 2B는 본 발명에 따라, O2 가스에 NF3 가스를 100-700 sccm 첨가한 혼합가스의 플라즈마 분위기에서 포토레지스트를 제거한다. O2 + NF3 플라즈마는 포토레지스트의 제거율을 빠르게 가져가기 때문에, O2 플라즈마에 SOG가 노출되는 시간은 감소된다. 또한, NF3 플라즈마는 포토레지스트가 제거되는 동안 SOG막 표면을 패시베이션(passivation) 시켜 SOG의 과도식각을 방지한다.
이어서, 도 2C는 비아홀 내에 장벽금속 Ti/TiN(27)과 상부금속 Al(28)을 증착한 상태로서, 비아홀 측벽에 오목한 홈(recess)이 발생하지 않고, 이에 의해 상부금속의 스텝 커버리지 및 SOG로 부터의 수분 방출을 방지할 수 있다.
본 발명은 비아 식각 후, 포토레지스트를 O2 플라즈마로 제거할 때, NF3 가스를 첨가하는 것에 의해 포토레지스트 제거율을 크게 증가시켜, O2 플라즈마 분위기에 SOG가 노출되는 시간을 줄임으로써, 비아홀 측벽에 오목한 홈(recess)이 발생되는 현상을 방지하고, 또한, NF3 플라즈마에 의해 포토레지스트가 제거되는 동안 비아홀 측벽의 SOG막 표면을 패시베이션(passivation) 시켜 SOG의 과도식각을 방지한다.
본 발명의 일실시예에서, 장벽금속으로 사용한 Ti/TiN과 배선용 금속 Al은 그 일예를 나타내는 것으로, 이것 이외의 다른 금속층을 사용할 수 있는 등, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명은 고집적 소자의 평탄화를 위해 필히 사용할 수밖에 없는 SOG를 사용함에 있어 나타나는 수분 방출 문제 및 비아홀 측벽에서 오목한 홈(recess)이 발생 문제를 방지하여 고집적 소자의 특성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1A 내지 도 1E는 종래의 다층 금속배선 공정 단면도.
도 2A 내지 도 2C는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 금속배선 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20: 포토레지스트 21: 절연막
22: 하부 금속층의 Ti/TiN막 23: 하부금속 AI
24: 제1층간산화막 25: SOG막
26: 제2층간산화막 27: 상부 금속층의 Ti/TiN
28: 상부금속 Al

Claims (3)

  1. SOG층을 포함하는 금속 층간 절연층 상에 비아식각 마스크를 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 SOG층을 포함하는 금속 층간 절연층을 식각하여 비아홀을 형성하는 단계;
    O2가스와 NF3가스가 혼합된 가스의 플라즈마 분위기에서 상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 반도체 장치의 비아홀 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트가 제거되는 동안 상기 비아홀의 측벽에 노출된 SOG막의 표면을 패시베이션 시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 비아홀 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 NF3 가스를 100-700 sccm 첨가하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 비아홀 형성 방법.
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