KR100571399B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판 위에 수리 퓨즈를 형성하는 단계, 수리 퓨즈를 덮는 절연막을 형성하는 단계, 절연막 상부에 도전층과 반사 방지층으로 이루어지는 배선을 형성하는 단계, 배선을 덮는 보호막을 형성하는 단계, 보호막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계, 감광막 패턴을 마스크로 보호막을 식각하여 반사 방지층을 노출하는 제1 접촉구, 수리 퓨즈 상부의 보호막 및 절연막의 상부를 일부 제거하여 절연막을 노출하는 제2 접촉구를 형성하는 단계, 감광막 패턴을 제거한 후 습식 식각으로 반사 방지층을 제거하여 도전층으로 이루어지는 본딩 패드를 완성하는 단계를 포함한다.

본딩패드, 반도체

Description

반도체 소자의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 구조를 도시한 단면도이고,

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 단면도이다.

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본딩 패드 및 수리 퓨즈를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

다층 배선을 가지는 반도체 소자에서는 공정을 간소화하기 위해서 본딩 패드와 수리 퓨즈의 식각을 함께 진행한다.

즉, 본딩 패드는 반도체 소자와 패키기를 연결해주는 단자 및 검사용 팁이 접촉하는 부분으로 외부와 연결되기 위해서 본딩 패드 상부의 보호막을 모두 제거해야 한다.

그리고 수리 퓨즈는 메모리의 결함을 수리하여 수율을 증가시키기 위한 것으로 결함이 발생할 경우에만 레이저를 이용하여 끊어버리기 때문에 수리 퓨즈 상부에는 일정한 두께의 보호막이 형성되어 있어야 한다.

그러나, 본딩 패드 반도체 소자의 최상부 금속층을 이용하여 형성하고 수리 퓨즈는 비트라인 또는 워드 라인 등을 이루는 금속층 또는 폴리 실리콘층으로 형성되어 있어 이들 상부에 형성되어 있는 보호막의 두께도 각각 다르다.

별도의 마스크를 이용한 선택적 식각 공정은 생산비가 증가하기 때문에 마스크 수를 줄여 한장의 마스크를 사용하는 방법이 개발되고 있다. 여기서 본딩 패드를 완벽하게 노출시키기 위해서는 본딩 패드 부분은 과식각해야 하지만, 그럴 경우에 수리 퓨즈 상부에 보호막도 함께 제거되어 수리 퓨즈가 노출될 수 있다. 그리고 수리 퓨즈 상부에 보호막을 충분히 남기기 위해서 식각을 충분히 하지 않을 경우에는 본딩 패드가 노출되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 마스크를 이용하면서도 본딩 패드를 완전히 노출시키면서 동시에 수리 퓨즈 상부에 보호막을 충분히 남길 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판 위에 수리 퓨즈를 형성하는 단계, 수리 퓨즈를 덮는 절연막을 형성하는 단계, 절연막 상부에 도전층과 반사 방지층으로 이루어지는 배선을 형성하는 단계, 배선을 덮는 보호막을 형성하는 단계, 보호막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계, 감광막 패턴을 마스크로 보호막을 식각하여 반사 방지층을 노출하는 제1 접촉구, 수리 퓨즈 상부의 보호막 및 절연막의 상부를 일부 제거하여 절연막을 노출하는 제2 접촉구를 형성하는 단계, 감광막 패턴을 제거한 후 습식 식각으로 반사 방지층을 제거하여 도전층으로 이루어지는 본딩 패드를 완성하는 단계를 포함한다.

여기서 제1 접촉구에 의해 노출된 본딩 패드의 도전층을 10~20Å의 두께만큼 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 본딩 패드 상부에 자연 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고 건식 식각은 챔버의 압력을 100mT, 파워를 1,100W, 챔버의 벽면 및 기판을 놓는 척의 온도를 10~15℃로 유지하면서 식각 기체로 CHF₃를 30sccm, CH₄을 70sccm, N₂를 50sccm로 혼합하여 식각하는 것이 바람직하다.

또한, 습식 식각은 40℃의 희석된 황산 불산 혼합액에 1분간 담구고 40℃의 DI로 5분간 헹구는 것이 바람직하다.

또한, 제2 접촉구에 의해 노출되는 절연막은 1,000~3,000Å의 두께로 남기는 것이 바람직하다.

또한, 희석된 황산 불산 혼합액은 H₂SO₄, H₂O₂, HF, DI를 4.9~10%, 5~10%, 0.1~1%, 70~90%의 부피 비율로 혼합한 것이 바람직하다.

이때 계면 활성제는 5±0.5% 더 포함할 수 있다.

또한, 도전층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하고, 반사 방지층은 질화규소로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 수리 퓨즈는 Ti층/Al층/Ti층의 삼중층으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 보호막은 약 9,000Å의 두께로 형성하고, 절연막은 약 7,000Å의 두께 로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 건식 식각은 약 90초간 진행하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 게이트, 소스, 드레인으로 이루어지는 트랜지스터, 캐패시터 등의 개별 소자, 하부 금속 배선층 또는 층간 절연막을 포함하는 반도체 기판(100) 위에는 수리 퓨즈(200)가 형성되어 있다. 수리 퓨즈는 비트 라인(bit line), 워드 라인(word line) 또는 캐패시터의 플레이트 라인(plate line) 또는 폴리 실리콘 등으로 이루어진다. 도 1의 실시예에서 수리 퓨즈(200)는 Ti층(102)/Al층(104)/Ti층(106)의 삼중층으로 이루어져 있다.

수리 퓨즈(200)를 덮도록 기판(100) 전면에는 산화 물질로 이루어지는 절연막(108)이 단층 또는 복수층으로 형성되어 있다. 이때 수리 퓨즈(200)와 대응하는 부분의 절연막(108)은 다른 부분에 비해서 두께가 얇게 형성되어 있다. 이는 수리 퓨즈(200)에 레이저 조사를 용이하게 하기 위한 것으로 1,000~3,000Å의 두께인 것 이 바람직하다.

그리고 절연막(108) 상부에는 금속 배선이 형성되어 있으며, 금속 배선의 한쪽 끝부분은 본딩 패드(300)로 사용한다. 여기서 최상층 배선은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 도전층(110)과 도전층 상부에 형성되어 있는 반사 방지층(112)을 포함하지만, 본딩 패드(300)로 사용하는 부분에는 반사 방지층(112)이 제거되어 있다.

본딩 패드(300) 및 절연막(108) 상부에는 산화막 또는 질화막의 단층 또는 복수층으로 이루어지는 보호막(114)이 형성되어 있다.

보호막(114) 및 절연막(106)에는 본딩 패드(300)를 노출하는 제1 접촉구(T1)와 수리 퓨즈(200) 상부의 절연막(108)을 노출하는 제2 접촉구(T2)가 형성되어 있다.

제1 접촉구(T1)에 의해 노출되는 본딩 패드(300)의 상부에는 자연 산화막(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.

본딩 패드(300)는 접촉구(T1, T2)를 통해 검사를 위한 프루브(probe)를 접촉하거나 와이어를 연결할 수 있다. 그리고 수리 퓨즈(200)를 끊기 위해서 접촉구(T3)에 의해 노출되는 절연막(108)에 레이저를 조사한다.

이상 설명한 본 발명에 다른 반도체 소자를 제조하는 방법을 도 2 내지 도 4 및 기 설명한 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 공정 순서대로 도시한 단면도이다.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 위에 스퍼터링 등으로 도전층을 형성한 후 패터닝하여 수리 퓨즈(200)를 형성한다. 이때 수리 퓨즈(200)는 Ti층(102)/Al층(104)/Ti층(106)의 삼중층으로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 수리 퓨즈(200)를 덮도록 산화 물질 등을 증착하여 약 7,000Å 두께로 절연막(108)을 형성한다.

다음 도 3에 도시한 바와 같이, 절연막(108)에 스퍼터링 등으로 도전층을 형성한다. 그리고 사진 공정시 도전층의 난반사 및 도전층의 부식을 방지하기 위한 확산방지층을 형성한다. 여기서 확산 방지층은 약 400Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

이후 선택적 식각 공정으로 도전층 및 확산 방지막을 패터닝하여 도전층과 확산 방지층으로 이루어지는 배선(300)을 형성한다.

다음 도 4에 도시한 바와 같이, 배선(300)을 덮도록 보호막(114)을 형성한다. 보호막(114)은 USG, TEOS와 같은 산화막과 SiN 등으로 이루어지는 질화막을 단층 또는 복수층으로 적층하여 형성하며, 약 9,000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 보호막(114) 상부에 감광막 패턴(PR)을 형성한 다음, 건식 식각으로 확산 방지층(112)을 노출하는 접촉구(T1)을 형성한다.

이때 건식 식각은 챔버의 압력을 100mT, 파워를 1,100W, 챔버의 벽면 및 기판을 놓는 척의 온도를 10~15℃로 유지하면서 식각 기체로 CHF₃를 30sccm, CH₄을 70sccm, N₂를 50sccm로 기체를 혼합하여 약 90초간 식각한다. 그리고 기판의 온도를 조절하고 식각 속도를 조절하기 위한 He 기체는 10~12T로 기판의 뒷면에 사용한다.

이러한 공정 조건으로 식각을 진행하면 보호막은 6,000Å/min, 확산 방지층은 400Å/min의 식각 속도로 식각이 된다. 그래서 90초 동안 식각을 진행하면 제1 접촉구(T1)를 통해 확산 방지층(112)이 노출되고 제2 접촉구(T2)를 통해 절연막(108)이 노출된다. 여기서 식각의 균일성을 고려하여 확산 방지층(112)을 좀 더 확실히 노출시키기 위해서 식각을 40~45초 정도 더 진행할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 과식각을 진행하는 경우에는 제2 접촉구를 통해 노출되는 절연막은 약 2,000Å, 확산 방지층(112)은 약 100Å의 두께로 남는다.

이처럼 수리 퓨즈 상부에는 약 2.000Å의 두께만큼 절연막이 남겨지므로 이후에 수리 퓨즈에 레이저를 조사하기 용이한 절연막의 두께인 1,000~3,000Å의 범위를 만족한다.

다음 도 1에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴을 제거하고 습식 식각으로 제1 접촉구(T1)에 의해 노출되는 확산 방지층(112)을 제거한다.

습식 식각은 확산 방지층(112)과 절연막(108)의 식각 선택비가 큰 식각액으로 진행하며, 예를 들면, 40℃의 희석된 황산 불산(dilute sulfuric fluride, 이하 DSF) 혼합액에 1분간 담구고 40℃의 DI(deinonized warer, 이하 DI)로 5분간 헹군다(rinse).

여기서 DSF는 H₂SO₄, H₂O₂, HF, DI(deionized water)를 4.9~10%, 5~10%, 0.1~1%, 70~90%의 부피 비율로 혼합된 것으로, 확산 방지층(112)을 충분히 식각해도 절연막(108)은 식각되지 않는다. 이때 제1 접촉구(T1)에 노출된 도전층(110)의 상태에 따라서 계면 활성제(Surfactant)를 5±0.5% 더 포함할 수 있다.

그리고 제1 접촉구(T1)을 통해 노출된 도전층(110)의 상부를 10~20Å의 범위로 제거한 후 DI로 헹궈 도전층(11) 위에 자연 산화막을 약 50Å정도 형성시켜 도전층(110)이 외기에 노출되어 부식되는 것을 방지한다.

도전층(110)을 알루미늄으로 형성하는 경우에는 자연 산화막은 산화 알루미늄(Al₂O₃)가 형성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 건식 식각 후 절연막과 반사 방지층의 식각 선택비가 큰 식각액으로 습식 식각하여 본딩 패드는 완벽하게 노출시키면서도 수리 퓨즈 상부에는 절연막을 일부 남길 수 있다. 따라서 본딩 패드 상부에 절연막이 남겨져 접촉 불량 등이 발생하지 않으므로 소자의 신뢰성 및 생산성이 증가한다.

이상의 본 발명의 바람직한 실시예에서 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

1. 반도체 기판 위에 수리 퓨즈를 형성하는 단계,

   상기 수리 퓨즈를 덮는 절연막을 형성하는 단계,

   상기 절연막 상부에 도전층과 반사 방지층으로 이루어지는 배선을 형성하는 단계,

   상기 배선을 덮는 보호막을 형성하는 단계,

   상기 보호막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 보호막을 식각하여 상기 반사 방지층을 노출하는 제1 접촉구, 상기 수리 퓨즈 상부의 상기 보호막 및 상기 절연막의 상부를 일부 제거하여 상기 상기 절연막을 노출하는 제2 접촉구를 형성하는 단계,

   상기 감광막 패턴을 제거한 후 습식 식각으로 상기 반사 방지층을 제거하여 상기 도전층으로 이루어지는 본딩 패드를 완성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
2. 제1항에서,

   상기 제1 접촉구에 의해 노출된 본딩 패드의 도전층을 10~20Å의 두께로 제거하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
3. 제2항에서

   상기 본딩 패드 상부에 자연 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
4. 제1항에서,

   상기 건식 식각은 챔버의 압력을 100mT, 파워를 1,100W, 챔버의 벽면 및 기판을 놓는 척의 온도를 10~15℃로 유지하면서 식각 기체로 CHF₃를 30sccm, CH₄을 70sccm, N₂를 50sccm로 혼합하여 식각하는 반도체 소자의 제조 방법.
5. 제1항에서,

   상기 습식 식각은 40℃의 희석된 황산 불산 혼합액에 1분간 담구고 40℃의 DI로 5분간 헹구는 반도체 소자의 제조 방법.
6. 제1항에서,

   상기 제2 접촉구에 의해 노출되는 상기 절연막은 1,000~3,000Å의 두께로 남기는 반도체 소자의 제조 방법.
7. 제5항에서,

   상기 희석된 황산 불산 혼합액은 H₂SO₄, H₂O₂, HF, DI를 4.9~10%, 5~10%, 0.1~0.51%, 70~90%의 부피 비율로 혼합한 반도체 소자의 제조 방법.
8. 제1항에서

   상기 도전층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하고, 상기 반사 방지층은 질화규소로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
9. 제1항에서

   상기 수리 퓨즈는 Ti층/Al층/Ti층의 삼중층으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
10. 제4항에서

    상기 보호막은 약 9,000Å의 두께로 형성하고, 상기 절연막은 약 7,000Å의 두께로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
11. 제10항에서

    상기 건식 식각은 약 90초간 진행하는 반도체 소자의 제조 방법.
12. 제7항에서,

    상기 희석된 황산 불산 혼합액은 계면활성제를 5±0.5% 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.

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