KR100575547B1 - 반도체 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 공정에 있어서, 하부 구조물이 형성된 반도체 기판에 낮은 도펀트 농도를 가진 제1BPSG와 제1BPSG보다 높은 도펀트 농도를 가진 제2BPSG를 증착하는 단계, 제2BPSG 상부에 금속 접합선을 형성하기 마스크 패턴을 형성하는 단계, 마스크 패턴을 통해 드러난 제2BPSG와 제1BPSG를 이방성 식각하여 금속 접합선을 형성하기 위하여 하기 구조물이 드러나도록 연결홀을 형성하는 단계, 마스크 패턴을 통해 연결 홀이 형성된 제1BPSG와 제2BPSG를 등방성 식각하여 T형 패턴을 형성하는 단계 및 마스크 패턴을 제거하고 금속막을 증착하고 평탄화하여 금속 접합선을 완성하는 단계를 포함하는 반도체 제조 방법을 제공할 수 있다.

반도체, 패턴, 식각, 증착

Description

반도체 제조 방법{Method for manufacturing semiconductor device}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예와 비교되는 종래의 반도체와 결합되는 금속 접합선의 패턴을 측면에서 본 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교되는 종래의 반도체 금속 접합선을 제조하는 단계를 나타낸 개략적인 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각된 웨이퍼의 평면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각 공정을 단순화 한 반도체 접합 금속선 제조 공정을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 하층 레이어

103 : 게이트

105 : BPSG(Boro Phospho Silicate Glass BPSG) 절연막

107 : TEOS(Tri Ethyl Ortho Silicate TEOS) 절연막

109 : 금속 접합선

111 : 회로 외부 단자

본 발명은 반도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에 있어서 소자 상호간이나 외부 단자와 연결을 위하여 이용되는 금속선은 회로의 집적도가 증가함에 따라 선폭의 축소와 속도의 증가가 요구되고 있다.

이러한 상황에 따라 금속선은 일반적으로 여러 층의 레이어로 이루어져 있으며 이에 따라 CMP등에 의한 패턴의 평탄화가 중요시 되며 접합 방법도 텅스텐 등을 이용하게 되었다.

상기와 같이 여러 층의 패턴을 형성하기 위하여 마스킹, 식각, 증착, CMP 등의 과정을 여러 번 반복 실시하여 매우 복잡한 공정을 거쳐야 하며 이런 공정의 복잡성에 따라 비용 상, 시간 상 많은 단점이 존재하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예와 비교되는 종래의 반도체와 결합되는 금속 접합선의 패턴을 측면에서 본 개략도이다.

도 1을 참조하면, 반도체가 결합하는 웨이퍼인 하층 레이어(101)의 상부에 게이트(103)가 돌출되며, 상기 반도체를 절연막(105)인 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass BPSG)가 먼저 층을 이루고 있으며 그 상부로 Oxide 막이 차례로 층을 이루고 있다. 그 중 BPSG 레이어(105) 바로 상층을 이루는 절연막(107)은 TEOS(Tri Ethyl Ortho Silicate TEOS)막일 수 있다. 상기 절연막 층 사이로 금속 접합선(109)이 결합되는데 상기 회로 외부 단자(111)와 결합하는 연결선인 금속선은 우수한 스텝 커버리지가 실현이 가능한 텅스텐이 이용된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교되는 종래의 반도체 금속 접합선을 제조하는 단계를 나타낸 개략적인 도면이다.

도 2를 참조하면, 먼저 반도체가 형성된 웨이퍼에 절연막인 BPSG(201)를 증착한다. 그 후 상기 증착된 BPSG를 평탄화하기 위하여 CMP 공정을 적용한다. 그 후, 금속막 레이어와 그 하부 레이어를 절연하기 위하여 TEOS 절연막(203)을 약 5000Å의 깊이로 증착한다.

그 후 상기 반도체와 금속 접합선을 연결하기 위하여 상기 절연막에 연결홀을 식각하기 위해서 상기 금속 접합선에 상응하는 제1 패턴(205)을 포토 마스킹 한다. 그 후 상기 마스킹에 상응하는 패턴을 형성하기 위하여 상기 마스킹 되지 않은 절연막을 플라스마 건식 식각하여 제1 홀(207)을 형성한다. 그 후 상기 남아 있는 포토 마스크를 제거하고 잔류 유기물을 제거하기 위한 세정 공정을 적용 한다.

그 후, 상기 절차에 의하여 형성된 연결 제1 홀(207)을 상호 연결시키고 상부 금속층과 연결된 부분의 면적을 넓히기 위한 패턴의 형성을 위하여 제2 패턴(209)을 포토 마스킹 한다.

그 후, 상기 마스킹 작업에 상응하는 제2 패턴을 형성하기 위하여 절연막 최 상부의 TEOS 레이어를 약 3000Å 정도 식각하여 제2 홀(211)을 형성한다. 그 후에 상기 남아 있는 포토 마스크를 제거하고 잔류 유기물을 제거하기 위한 세정 공정을 적용 한다.

상기와 같은 절차에 의해 형성된 제1 및 제2 홀(211,207)의 내부를 텅스텐 증착(213)을 통하여 채운다. 상기 채운 텅스텐은 금속 접합선에 포함된다.

상기 웨이퍼의 전면에 증착된 텅스텐(213) 중 필요한 패턴에 삽입된 것을 제외하고는 제거하기 위하여 금속 CMP 공정을 적용하여 상기 웨이퍼를 평탄화한다.

상기와 같은 기존의 금속 접합선을 형성하기 위한 과정은 개략적으로 13단계 이상의 공정을 거친다. 상기의 공정에서 텅스텐 접속 홀을 형성하기 위한 두 번의 식각 과정이 특히 상기의 공정을 복잡하게 할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위한 것으로, 폭이 상이한 접합 홀을 식각하기 위한 공정을 감축하여 반도체 공정을 단순화하는 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하부 구조 물이 형성된 반도체 기판에 낮은 도펀트 농도를 가진 제1BPSG와 상기 제1BPSG보다 높은 도펀트 농도를 가진 제2BPSG를 증착하는 단계, 상기 제2BPSG 상부에 금속 접합선을 형성하기 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 통해 드러난 상기 제2BPSG와 제1BPSG를 이방성 식각하여 금속 접합선을 형성하기 위하여 하기 구조물이 드러나도록 연결홀을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 통해 상기 연결 홀이 형성된 제1BPSG와 제2BPSG를 등방성 식각하여 T형 패턴을 형성하는 단계 및 상기 마스크 패턴을 제거하고 금속막을 증착하고 평탄화하여 금속 접합선을 완성하는 단계를 포함하는 반도체 제조 방법을 제공할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1BPSG는 붕소 도펀트의 농도가 4.2 내지 4.6이 되도록 하며 상기 제2BPSG는 붕소 도펀트의 농도가 5.5 내지 6이 되도록 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 이방성 식각은 C5H8과 C4H8의 혼합 가스를 이용한 건식 식각에 의해 수행하도록 할 수 있다. 또한, 상기 등방성 식각은 황산과 과산화수소를 3 내지 6 대 1의 비율로 혼합한 용액에 암모니아 또는 TMH를 첨가한 습식 식각에 의해 수행하도록 할 수 있다.

이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 반도체 제조 공정에서 금속 접합선을 형성하기 위한 절연막(301)의 증착 과정에서 그 도펀트(Dopont)에 차이를 두어서 증착하면 그 후 상기 포토 마스킹(303) 후의 식각 과정에서 상기 도펀트의 차이에 의해서 상기 절연막의 식각 정도가 차이가 나게 된다.

즉 식각 과정에서 포토 마스킹(303)을 전체 절연막(301)을 건식 식각에 의한 이방성 식각을 진행하여 연결홀을 형성한 다음, 습식 식각에 의한 등방성 식각을 진행하여 도펀트 차이에 따라 절연막(301)의 상부 영역만 등방성 식각이 진행되도록 함으로써 절연막의 상부는 크게 식각(305)되고 하부는 정상적으로 식각된다. 상기와 같이 도펀트 차이를 이용한 식각으로 하부와 상부의 연결 홀의 크기가 다른 T형 패턴을 한번의 마스킹 공정으로 형성할 수 있어 종래와 같이 두 번의 마스킹 공정이 불필요하게 되며 그에 따른 마스킹, 마스크 제거, 세척 공정 등이 모두 줄어들게 되어 공정을 획기적으로 감축할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각된 웨이퍼의 평면도이다.

도 4를 참조하면 상기 포토 마스킹 지역(405)에서 포토 마스킹이 없는 부분은 정상적으로 절연막이 모두 식각되고(401), 상기 포토마스크가 존재하더라도 도펀트의 차이가 존재하는 절연막은 상기 모두 식각된 부분(401)보다 더 넓은 범위(403)가 식각되었음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 식각 공정을 단순화 한 반도체 접합 금속선 제조 공정을 나타낸 도면이다.

먼저 도 5a와 도 5b에서와 같이 하부 패턴이 형성된 웨이퍼에 절연막인 BPSG(501, 503)를 증착하고 화학 기계적 연마 공정 등을 통해 증착된 BPSG(501,503)를 평탄화한다.

여기서 상기 BPSG(501, 503)의 증착은 일정 두께 까지는 도펀트 농도가 낮게 하여 BPSG(501)를 증착하며 그 이후는 도펀트 농도를 높게 하여 BPSG(503)를 증착한다. 이때, BPSG(501, 503) 증착에서 도펀트 농도 변화는 붕소 도펀트의 농도를 조절하는 것이 바람직하며, 일정 두께 까지는 4.2 내지 4.6의 농도를 유지하도록 하고 그 이후의 두께에서는 5.5 내지 6의 농도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 도펀트 농도가 변화되는 두께는 연결 홀의 깊이에 따라 임의의 값으로 설정하는 것이 바람직하며, 평탄화 이후 상부의 다른 도펀트 농도를 가진 BPSG(503)의 두께는 급속 접합선의 배선 두께가 되도록 하는 것이 바람직하다.

그 후 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 반도체와 금속 접합선을 연결하기 위하여 상기 절연막에 연결홀을 식각하기 위해서 금속 접합선에 상응하는 마스크 패턴(505)을 형성한다. 이때, 마스크 패턴(505)은 통상적인 포토리소그래피 공정에 의한 감광막으로 형성하거나 이를 이용한 하드마스크로 형성할 수 있다.

그 다음 도 5d에 도시한 바와 같이, 마스크 패턴(505)을 통해 드러난 BPSG(501, 503)를 플라즈마를 이용한 건식 식각 등에 의해 이방성 식각하여 연결하고자 하는 하부 구조물이 드러나도록 한다. 이때, 건식 식각은 C5F8과 C4F8의 혼합 가스를 이용한 플라즈마 식각으로 진행함으로써 BPSG(501, 503)의 도펀트 농도에 관계없이 이방성 특성에 의해 수직한 연결 홀이 형성된다.

그리고 이방성 식각에 의한 수직한 구조의 연결홀을 식각한 다음 계속하여 마스크 패턴(505)을 통해 등방성 식각을 진행한다. 이에 따라 도펀트 농도가 달리 증착된 BPSG(501)과 BPSG(503)은 식각율이 다르게 되며, 도펀트 농도가 낮게 형성된 BPSG(501)는 등방성 식각이 이루어지지 않으며 도펀트 농도가 높게 형성된 BPSG(503)는 등방성 식각이 이루어져 BPSG(501, 503)은 전체적으로 T형 패턴으로 형성된다. 이때, 등방성 식각은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 3 내지 6 대 1로 혼합한 용액에 암모니아(NH4OH) 또는 TMH를 첨가한 혼합 용액을 사용한 알칼리 습식 식각으로 진행하는 것이 바람직하다.

그 다음, 도 5e에서와 같이 BPSG(501, 503) 상부의 마스크 패턴을 제거하고 도 5f에서와 같이 연결 홀(507)을 포함한 BPSG(501, 503) 상부 전면에 금속 접합선을 형성하기 위한 금속막(509)을 증착한다. 이때, 금속막(509)은 텅스텐으로 형성하는 것이 바람직하다.

그 다음 도 5g에 도시한 바와 같이 금속막(509)을 화학 기계적 연마 공정 등에 의해 평탄화하여 BPSG(503) 표면이 드러나도록 함으로써 금속 접합선을 완성한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하여, 폭이 상이한 접합 홀을 식각하기 위한 공정을 감축하여 반도체 공정을 단순화하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 하부 구조물이 형성된 반도체 기판에 낮은 도펀트 농도를 가진 제1BPSG와 상기 제1BPSG보다 높은 도펀트 농도를 가진 제2BPSG를 증착하는 단계;

   상기 제2BPSG 상부에 금속 접합선을 형성하기 마스크 패턴을 형성하는 단계;

   상기 마스크 패턴을 통해 드러난 상기 제2BPSG와 제1BPSG를 이방성 식각하여 금속 접합선을 형성하기 위하여 하기 구조물이 드러나도록 연결홀을 형성하는 단계;

   상기 마스크 패턴을 통해 상기 연결 홀이 형성된 제1BPSG와 제2BPSG를 등방성 식각하여 T형 패턴을 형성하는 단계 및

   상기 마스크 패턴을 제거하고 금속막을 증착하고 평탄화하여 금속 접합선을 완성하는 단계를 포함하는 반도체 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1BPSG는 붕소 도펀트의 농도가 4.2 내지 4.6이 되도록 하며 상기 제2BPSG는 붕소 도펀트의 농도가 5.5 내지 6이 되도록 형성하는 반도체 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 이방성 식각은 C5H8과 C4H8의 혼합 가스를 이용한 건 식 식각에 의해 수행하는 반도체 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 등방성 식각은 황산과 과산화수소를 3 내지 6 대 1의 비율로 혼합한 용액에 암모니아 또는 TMH를 첨가한 습식 식각에 의해 수행하는 반도체 제조 방법.

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