KR100602131B1 - 반도체 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리 금속배선을 사용하는 반도체 소자에서, 스크라이브 레인 영역에서 구리 금속배선이 노출되는 것을 방지하여 반도체 소자의 수율 증가 및 신뢰성 향상을 확보할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 먼저 스크라이브 레인 영역에는 제1 금속으로 이루어진 제1 패드 및 연결배선을 형성하고, 칩 영역에는 제1 금속으로 이루어진 제2 패드를 형성한다. 다음에, 제1 패드, 연결배선 및 제2 패드 상에 식각정지막 및 제1 절연막을 순차로 형성한다. 그리고 식각정지막 및 제1 절연막을 패터닝하여 제1 및 제2 패드를 노출시키고, 제1 및 제2 패드 상에 제2 금속으로 이루어진 제3 및 제4 패드를 형성한다. 그런 후에 제3 및 제4 패드와 패터닝된 제1 절연막 상에 제2 및 제3 절연막을 순차적으로 형성하고, 제3 절연막 상에 형성되어 패터닝된 감광막을 이용하여 제3 및 제4 패드가 노출되도록 제1, 제2 및 제3 절연막을 식각한다.
구리, 부식, 스크라이브 레인, 식각정지막

Description

반도체 소자 및 그의 제조방법{Semiconductor device and method for fabricating the same}
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 순서대로 보여주는 공정 단면도들이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 순서대로 보여주는 공정 단면도들이다.
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 하나의 웨이퍼에 다수의 칩이 형성되는 경우 스크라이브 레인 영역의 구리 배선의 노출을 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화 되어 감에 따라 반도체 칩의 크기는 점점 작아진다. 따라서 웨이퍼(wafer)에 반도체 소자의 제조공정을 통하여 복수의 반도체 칩을 동시에 형성한 후 다이(Die) 또는 칩(chip) 단위로 소잉(Sawing)하고 각각의 다이 또는 칩에 패키지(Package) 작업을 수행함으로써 반도체 칩이 완성될 수 있다.
이때, 소잉 작업 수행 시 다이 또는 칩에 손상을 가하지 않도록 칩과 칩 사 이, 혹은 다이와 다이 사이에 일정한 거리가 확보되어야 한다. 이러한 일정한 거리를 스크라이브 레인(Scribe Lane)이라 한다.
스크라이브 레인에는 사진 공정을 수행하기 위한 정렬키(Align Key), 중첩키(Overlay Key) 및 다양한 공정의 모니터링 패턴(Monitoring Pattern) 들이 포함될 수 있으며, 또한 공정 완료 후 공정 모니터링(Process Monitoring) 및 피드백(Feed Back) 을 위한 전기적 테스트 패턴(Electrical Test Pattern)들이 포함될 수 있다. 따라서 스크라이브 레인에는 이러한 전기적 테스트 패턴에 따른 전기적인 프로빙(Electrical Probing)을 위한 패드(pad)들이 상당히 많이 형성될 수 있으며, 패드와 패드 사이, 또는 패드와 테스트 패턴 사이의 연결을 위하여 금속으로 이루어진 연결배선(Inter-Connection Line)들 또한 상당히 많이 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 순서대로 보여주는 공정 단면도들이다.
도 1a에서, 웨이퍼(100)는 스크라이브 레인이 형성되는 스크라이브 레인 영역 및 반도체 칩이 형성되는 반도체 칩 영역을 포함한다. 웨이퍼(100)의 스크라이브 레인 영역에 금속으로 형성된 패드(110) 및 연결배선(111)이 형성되고, 칩 영역에는 금속으로 형성된 패드(112)가 형성된다. 여기서 패드(110), 연결배선(111) 및 패드(112)는 구리(Cu)를 사용하여 금속 배선 공정에 의해 형성된다.
다음 도 1b에서와 같이, 패드(110), 연결배선(111) 및 패드(112) 위에는 제1 절연막(120)을 도포하고 패드 공개(Pre Pad Open) 용 마스크를 사용하여 스크라이브 영역의 패드(110) 및 칩 영역의 패드(112)를 노출시킨다.
다음 도 1c에서, 패드(110) 및 패드(112) 위에 알루미늄(Al)으로 이루어진 금속패드(130)를 형성한다.
그 다음 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 절연막(120) 및 금속패드(130)의 상부에 순차적으로 제2 절연막(140) 및 제3 절연막(150)을 도포한다. 여기서 제2 절연막(140) 및 제3 절연막(150)은 패시베이션(Passivation)막으로 사용된다.
그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상부에 패드 공개(Final Pad Open) 용 마스크를 사용하여, 금속패드(130)를 노출시키기 위한 감광막 패턴(160)을 형성한다.
소잉 작업 시에, 스크라이브 레인에 패시베이션막인 제2 절연막(140) 및 제3 절연막(150)이 제거되지 않고 남아 있을 경우, 소잉에 따른 충격이 두껍게 도포된 패시베이션막을 따라 전달되어 칩영역에 상당히 큰 영향을 미치므로, 패드(130) 노출 공정을 수행할 때, 스크라이브 영역 내에 패시베이션막, 즉 제2 절연막(140), 제3 절연막(150)은 식각 처리하여 제거되어야 한다. 따라서 감광막 패턴(160)은 칩 영역의 금속패드(130)와 스크라이브 영역의 금속패드(130) 상에 형성된 제2 및 제3 절연막(140, 150)은 모두 제거되도록 도 1d와 같이 패터닝 된다.
그 다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(160)을 마스크로 하여 식각 진행하면, 제2 절연막(140), 제3 절연막(150)이 식각되어 금속패드(130)가 노출된다. 또한, 도 1e에서 'A'로 표시한 부분과 같이 패드(111)도 노출된다.
이렇게 노출된 패드(111)의 구리(Cu)는 상온에 장시간 노출되면 공기 중 O2 와 반응하여 시간이 지날수록 급속도로 부식되어 연결배선으로써의 역할을 상실하거나 주변 회로 및 칩에 존재하는 파티클의 원인(Particle Saurce)이 되기도 한다. 이는 완성된 반도체 소자의 수율 손실(Yield Loss) 및 신뢰성 저하를 야기시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구리 금속배선을 사용하는 반도체 소자에서, 스크라이브 레인 영역에서 구리 금속배선이 노출되는 것을 방지하여 반도체 소자의 수율 증가 및 신뢰성 향상을 확보할 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 스크라이브 레인 영역 및 칩 영역을 포함하는 웨이퍼에 반도체 소자를 형성하는 반도체 소자의 제조 방법으로서,
a) 상기 스크라이브 레인 영역에 제1 금속으로 이루어진 제1 패드 및 연결배선을 형성하고, 상기 칩 영역에 상기 제1 금속으로 이루어진 제2 패드를 형성하는 단계;
b) 상기 제1 패드, 연결배선 및 제2 패드 상에 식각정지막 및 제1 절연막을 순차로 형성하는 단계;
c) 상기 식각정지막 및 제1 절연막을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 패드를 노출시키고, 상기 제1 및 제2 패드 상에 제2 금속으로 이루어진 제3 및 제4 패드를 형성하는 단계; 및
d) 상기 제3 및 제4 패드와 패터닝된 상기 제1 절연막 상에 제2 및 제3 절연막을 순차적으로 형성하고, 상기 제3 절연막 상에 형성되어 패터닝된 감광막을 이용하여 상기 제3 및 제4 패드가 노출되도록 상기 제1, 제2 및 제3 절연막을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 제1 금속은 구리이고, 상기 제2 금속은 알루미늄일 수 있다.
상기 식각정지막은 상기 제1, 제2 및 제3 절연막과는 식각 선택비가 다른 물질로서 질화물 계열의 막일 수 있다. 또한 상기 식각정지막은 상기 d) 단계에서 상기 제1, 제2 및 제3 절연막이 식각될 때 상기 제2 패드가 노출되지 않도록 하는 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 절연막은 산화물 계열의 막이고, 상기 제3 절연막은 질화물 계열의 막일 수 있다.
또한, 상기 제2 및 제3 절연막은 패시베이션막으로써 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반도체 소자는 스크라이브 레인 영역 및 칩 영역을 포함하는 웨이퍼에 형성되는 반도체 소자로서,
스크라이브 레인 영역에 제1 금속으로 형성된 제1 패드;
스크라이브 레인 영역에 제1 금속으로 형성된 연결배선;
상기 칩 영역에 제1 금속으로 형성된 제2 패드;
상기 제1 패드와 접촉되도록 제2 금속으로 형성된 제3 패드;
상기 제2 패드와 접촉되도록 제2 금속으로 형성된 제4 패드; 및
적어도 상기 연결배선을 덮는 식각정지막을 포함한다.
상기 식각정지막은 상기 제1 패드 및 제2 패드의 일부 영역 상에 연장되어 형성되고, 상기 제2 패드 상에 형성된 상기 식각정지막 상에는 제1, 제2 및 제3 절연막이 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속은 구리이고, 상기 제2 금속은 알루미늄일 수 있다.
아래에서는 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 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 본 발명의 1실시예에 따른 반도체 소자에 대하여 도 2a 내지 도 2e를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 순서대로 보여주는 공정 단면도들이다.
도 2a에서, 웨이퍼(200)는 스크라이브 레인이 형성되는 스크라이브 레인 영역 및 반도체 칩이 형성되는 반도체 칩 영역을 포함한다. 웨이퍼(200)의 스크라이브 레인 영역에 금속으로 형성된 패드(210) 및 연결배선(211)이 형성되고, 칩 영역에는 금속으로 형성된 패드(212)가 형성된다. 여기서 패드(210), 연결배선(211) 및 패드(212)는 구리(Cu)를 사용하여 금속 배선 공정에 의해 형성된다.
다음 도 2b에서와 같이, 패드(210), 연결배선(211) 및 패드(212) 위에는 식각 정지막(221) 및 제1 절연막(223)을 순차적으로 도포하고 패드 공개(Pre Pad Open) 용 마스크를 사용하여 스크라이브 영역의 패드(210) 및 칩 영역의 패드(212)를 노출시킨다. 이때 식각 정지막(221)은 이후 형성되는 제1 절연막(223), 제2 절연막(240) 및 제3 절연막(250)과는 식각 선택비가 다른 막으로서 질화물 계열의 막을 사용할 수 있다. 또한 식각 정지막(221)의 두께는 제1 절연막(223), 제2 절연막(240) 및 제3 절연막(250)을 식각 처리할 때 Cu로 이루어진 금속패드(211)가 노출되지 않은 선에서의 최소 두께를 선정하면 된다.
다음 도 2c에서, 패드(210) 및 패드(212) 위에 알루미늄(Al)으로 이루어진 금속패드(230)를 형성한다. 이와 같이 구리(Cu)로 이루어진 패드(210) 및 패드(212) 상에 알루미늄(Al)으로 이루어진 금속 배선을 추가로 형성하는 이유는, 구리가 상온에 노출되면 부식의 우려가 있다. 또한 구리는 와이어 본딩(Wire Bonding)에 사용하는 금, 혹은 백금와이어와는 접합온도(Contact Temperature)가 맞지 않아 구리패드에 직접 금 혹은 백금의 와이어를 본딩하기 어렵기 때문이다.
그 다음, 제1 절연막(223) 및 금속패드(230)의 상부에 순차적으로 제2 절연막(240), 제3 절연막(250)을 도포한다. 여기서 제2 절연막(240), 제3 절연막(250)은 각각 산화막 및 질화막으로 이루어진 패시베이션(Passivation)막으로 사용된다.
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상부에 패드 공개(Final Pad Open) 용 마스크를 사용하여, 금속패드(230)를 노출시키기 위한 감광막 패턴(260)을 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이 칩 영역과 스크라이브 레인 영역의 제1 절연막(223), 제2 절연막(240) 및 제3 절연막(250)은 모두 제거되어야 하므로, 도 2d와 같이 칩 영역의 금속패드(130) 상부에 감광막이 개방되어 있는 것처럼, 스크라이브 레인 영역에서도 감광막이 모두 개방된다.
다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(260)을 마스크로 하여 하부에 식각 정지막(221)이 노출될 때까지 식각공정을 수행한다. 이렇게 하여 스크라이브 레인 영역 및 칩 영역의 금속배선(230)은 모두 노출되고, 도 2e에서 'B'로 표시한 부분과 같이 스크라이브 레인 영역의 패드(211)는 식각 정지막(221)에 덮여져 노출되지 않는다.
따라서 구리로 이루어진 금속패드가 노출되지 않아 부식에 의한 연결배선으로써의 역할 상실을 방지할 뿐만 아니라, 주변회로 및 칩 영역에 존재하는 파티클의 원인(Particle Saurce)이 되는 것을 방지할 수 있어 완성된 반도체 소자의 수율 증가 및 신뢰성 향상를 도모할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명에 따르면, 식각정지막을 이용하여 스크라이브 레인 영역의 구리배선의 노출을 방지함으로써 구리의 부식에 의한 영향을 효과적으로 제거할 수 있다.
이로써, 스크라이브 레인 영역의 구리배선의 부식에 의해 생성되는 파티클이 주변 회로 및 칩 영역을 오염시키는 것을 방지할 수 있어 완성된 반도체 소자의 수율을 증가시킬 수 있고, 이에 더하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 스크라이브 레인 영역 및 칩 영역을 포함하는 웨이퍼에 반도체 소자를 형성하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서,
    a) 상기 스크라이브 레인 영역에 구리로 이루어진 제1 패드 및 연결배선을 형성하고, 상기 칩 영역에 상기 구리로 이루어진 제2 패드를 형성하는 단계;
    b) 상기 제1 패드, 연결배선 및 제2 패드 상에 식각정지막 및 제1 절연막을 순차로 형성하는 단계;
    c) 상기 식각정지막 및 제1 절연막을 패터닝하여 상기 제1 및 제2 패드를 노출시키고, 상기 제1 및 제2 패드 상에 금속으로 이루어진 제3 및 제4 패드를 형성하는 단계; 및
    d) 상기 제3 및 제4 패드와 패터닝된 상기 제1 절연막 상에 제2 및 제3 절연막을 순차적으로 형성하고, 상기 제3 절연막 상에 형성되어 패터닝된 감광막을 이용하여 상기 제3 및 제4 패드가 노출되도록 상기 제1, 제2 및 제3 절연막을 식각하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄인 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 식각정지막은 상기 제1, 제2 및 제3 절연막과는 식각 선택비가 다른 물질로 이루어진 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 식각정지막은 질화물 계열의 막인 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 식각정지막은 상기 d) 단계에서 상기 제1, 제2 및 제3 절연막이 식각될 때 상기 제2 패드가 노출되지 않도록 하는 두께를 갖는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 절연막은 산화물 계열의 막인 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 절연막은 질화물 계열의 막인 반도체 소자의 제조 방법.
  9. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 절연막은 패시베이션막으로써 사용되는 반도체 소자의 제조 방법.
  10. 스크라이브 레인 영역 및 칩 영역을 포함하는 웨이퍼에 형성되는 반도체 소자에 있어서,
    스크라이브 레인 영역에 구리로 형성된 제1 패드;
    스크라이브 레인 영역에 구리로 형성된 연결배선;
    상기 칩 영역에 구리로 형성된 제2 패드;
    상기 제1 패드와 접촉되도록 금속으로 형성된 제3 패드;
    상기 제2 패드와 접촉되도록 금속으로 형성된 제4 패드; 및
    적어도 상기 연결배선을 덮는 식각정지막
    을 포함하는 반도체 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 식각정지막은 상기 제1 패드 및 제2 패드의 일부 영역 상에 연장되어 형성되고, 상기 제2 패드 상에 형성된 상기 식각정지막 상에는 제1, 제2 및 제3 절연막이 순차적으로 형성된 반도체 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄인 반도체 소자.
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