KR100714052B1 - 다마신 금속배선구조 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 결함검출을 위한 다마신 금속배선구조는, 제1 절연막에 배치되는 제1 금속배선막패턴과, 제1 절연막 및 제1 금속배선막패턴 위에 배치되어 제1 금속배선막패턴을 노출시키는 캡핑막패턴과, 캡핑막패턴 위에 배치되는 반사막패턴과, 제1 금속배선막패턴의 노출부분을 노출시키는 비아홀 및 비아홀을 노출시키는 트랜치를 가지면서 반사막패턴 위에 배치되는 제2 절연막과, 그리고 비아홀 및 트랜치를 채우는 제2 금속배선막패턴을 구비한다.
다마신 금속배선구조, 결함검출, 구리 힐록(Cu hillock), 반사막

Description

다마신 금속배선구조 및 그 제조방법{Damascene metal interconnection structure and method of fabricating the same}
도 1은 종래의 다마신 금속배선구조를 개략적으로 나타내 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다마신 금속배선구조를 나타내 보인 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 다마신 금속배선구조의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.
본 발명은 반도체소자의 금속배선구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 결함 검출을 위한 다마신 금속배선구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 반도체 집적회로소자의 금속배선을 형성함에 있어서, 기존의 알루미늄(Al)배선보다 전도성이 좋은 구리(Cu)배선이 각광받고 있다. 이에 따라 구리배선을 패터닝하기 위한 다마신(damascene) 공정이 화학적기계적평탄화 공정과 함께 널리 사용되고 있다. 다마신 공정은 배선 영역을 정의하는 비아홀 및 트랜치를 형성하는 단계와, 물리적 증착 공정을 실시하여 비아홀 및 트랜치가 매립되도록 금속배선막을 증착하는 단계와, 그리고 화학적기계적평탄화를 통해 다마신 금속배선구 조를 완성하는 단계를 포함하는 것이 일반적이다.
도 1은 종래의 다마신 금속배선구조를 개략적으로 나타내 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체기판(미도시) 위의 제1 절연막(111)에 제1 금속배선막패턴(121)이 배치된다. 제1 금속배선막패턴(121)은 제1 절연막(111)을 관통하는 제1 비아홀(131) 및 제1 트랜치(141)를 매립하는 다마신 금속배선구조를 갖는다. 경우에 따라서 다마신 금속배선구조가 아닌 일반 금속배선구조일 수도 있다. 제1 절연막(111) 위에는 제2 절연막(112)이 배치된다. 제2 절연막(112)에는 제2 금속배선막패턴(122)이 배치되는데, 이 제2 금속배선막패턴(122)도 제2 절연막(112)을 관통하는 제2 비아홀(132) 및 제2 트랜치(142)를 매립하는 다마신 금속배선구조를 갖는다.
그런데 이와 같은 다마신 금속배선구조로 이루어진 제1 금속배선막패턴(121) 및 제2 금속배선막패턴(122)을 형성하는 과정에서, 제1 절연막(111) 및 제1 금속배선막패턴(121) 상부에는 결함, 특히 구리 힐록(Cu hillock)(151)이 생길 수 있으며, 마찬가지로 제2 절연막(112) 상부에도 구리 힐록(152)이 생길 수 있다. 이와 같은 구리 힐록들(151, 152)은 불량을 야기하기 때문에, 결함 검출을 통해 검출한 후에 피드백(feedback)과정을 수행하여 불량률을 감소시켜야 한다.
일반적으로 이와 같은 결함을 검출하는 방법으로는 광을 이용한 방법과 SEM(Scanning Electron Microscope)과 같은 방법들이 있다. SEM의 경우 그 장비가 고가이고, 웨이퍼 전면을 조사할 수 없다는 한계가 있다. 광을 이용한 방법은 검출방법이 간단하지만, 상부 레벨에 대한 구리 힐록(152)을 검출하고자 하는 경우, 제 2 절연막(112)의 광투과성질 때문에 하부 레벨에 있는 구리 힐록(151)까지 함께 검출되어 상부 레벨에 대한 정확한 결함 검출이 어렵다는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광을 이용하여 하부 레벨의 결함에 영향을 받지 않고 상부 레벨의 결함만을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 결함 검출을 위한 다마신 금속배선구조를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 결함 검출을 위한 다마신 금속배선구조의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 결함검출을 위한 다마신 금속배선구조는, 제1 절연막에 배치되는 제1 금속배선막패턴; 상기 제1 절연막 및 제1 금속배선막패턴 위에 배치되어 상기 제1 금속배선막패턴을 노출시키는 캡핑막패턴; 상기 캡핑막패턴 위에 배치되는 반사막패턴; 상기 제1 금속배선막패턴의 노출부분을 노출시키는 비아홀 및 상기 비아홀을 노출시키는 트랜치를 가지면서 상기 반사막패턴 위에 배치되는 제2 절연막; 및 상기 비아홀 및 트랜치를 채우는 제2 금속배선막패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사막패턴은, Ti, TiN, Al, Co, Ta, W 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하거나 2개 이상의 화합물을 포함하는 금속막으로 이루어질 수 있다.
상기 반사막패턴은 500Å 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
인접한 상기 반사막패턴 사이의 간격은 상기 비아홀의 임계치수의 적어도 1.5배 이상인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 결함검출을 위한 다마신 금속배선구조의 제조방법은, 제1 절연막 내의 비아홀 및 트랜치를 채우는 제1 금속배선막패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 절연막 및 제1 금속배선막패턴 위에 캡핑막을 형성하는 단계; 상기 캡핑막 위에 상기 제1 금속배선막패턴의 일부표면과 중첩되는 캡핑막을 노출시키는 반사막패턴을 형성하는 단계; 상기 반사막패턴 및 캡핑막의 노출표면 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제2 절연막 및 캡핑막의 노출부분에 대한 식각으로 상기 반사막패턴 사이에서 상기 캡핑막을 관통하여 상기 제1 금속배선막패턴의 일부표면을 노출시키는 비아홀 및 상기 비아홀을 노출시키는 트랜치를 형성하는 단계; 및 상기 비아홀 및 트랜치를 제2 금속배선막패턴으로 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 2는 본 발명에 따른 다마신 금속배선구조를 나타내 보인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반도체기판(미도시) 위의 제1 절연막(211)에 제1 금속배선막패턴(221)이 배치된다. 제1 금속배선막패턴(221)은 제1 절연막(211)을 관통하는 제1 비아홀(231) 및 제1 트랜치(241)를 매립하는 다마신 금속배선구조를 갖는다. 경우에 따라서 다마신 금속배선구조가 아닌 일반 금속배선구조일 수도 있다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 제1 절연막(211)과 반도체기판 사이에는 다른 금속배선막이 있을 수도 있고, 트랜지스터나 커패시터와 같은 소자들이 형성되어 있을 수도 있다.
제1 절연막(211) 및 제2 금속배선막패턴(221) 위에는 캡핑막패턴(250)이 배치된다. 캡핑막패턴(250) 위에는 반사막패턴(260)이 배치된다. 이 반사막패턴(260)은 캡핑막패턴(250)에 의해 하부의 제1 금속배선막패턴(211)과 전기적으로 절연된다. 반사막패턴(260)은 광을 반사시키는 물질막으로 구성되며, 대표적으로 금속막으로 형성될 수 있다. 즉 반사막패턴(260)은, Ti, TiN, Al, Co, Ta, W 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하거나 2개 이상의 화합물을 포함하는 금속막으로 이루어질 수 있다. 이 반사막패턴(260)은 500Å 이하의 두께를 갖는다. 반사막패턴(260)이 두꺼운 경우 제2 절연막(212) 형성시 굴곡이 생길 수 있기 때문이다. 반사막패턴 (260)사이의 간격은 제2 비아홀(232)의 임계치수(CD; Critical Dimension)의 적어도 1.5배 이상이 되도록 하여, 반사막패턴(260)과 제2 금속배선막패턴(222) 사이의 브리지(bridge)가 발생되지 않도록 한다.
제1 절연막(211) 위에는 제2 절연막(212)이 배치된다. 이 제2 절연막(212)은 캡핑막패턴(250) 및 반사막패턴(260)을 덮으면서, 제2 절연막(212)을 관통하는 제2 비아홀(232) 및 제2 트랜치(242)를 갖는다. 이 제2 비아홀(232) 및 제2 트랜치(242)는 다마신 금속배선구조의 제2 금속배선막패턴(222)으로 매립된다.
이와 같은 구조의 다마신 금속배선구조의 결함검출은, 광을 이용하여 수행할 수 있는데, 이때 상부 레벨, 즉 제2 금속배선구조(222)가 있는 레벨의 결함을 검출 하는 과정에서, 비록 광이 제2 절연막(212)은 통과하지만, 도면에서 화살표(270)으로 나타낸 바와 같이, 반사막패턴(260)에서 반사되어, 하부 레벨, 즉 제1 금속배선구조(221)가 있는 레벨의 결함까지 도달되지는 않는다. 따라서 상부 레벨에 있는 결함, 예컨대 구리 힐록을 하부 레벨의 결함에 영향을 받지 않고 정확하게 검출할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 다마신 금속배선구조의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 제1 절연막(211)에 다마신 금속배선구조로 이루어진 제1 금속배선막패턴(221)을 형성한다. 경우에 따라서는 다마신 금속배선구조가 아닌 경우도 있을 수 있다. 다음에 제1 절연막(211) 및 제1 금속배선막패턴(221) 위에 캡핑막(252) 및 반사막(262)을 순차적으로 형성한다. 캡핑막(252)은 절연막으로 형성하며, 반사막(262)은 Ti, TiN, Al, Co, Ta, W 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하거나 2개 이상의 화합물을 포함하는 금속막으로 대략 500Å 이하의 두께를 갖도록 형성한다.
도 4를 참조하면, 반사막(도 3의 262)에 대한 패터닝을 수행하여 캡핑막(252)의 일부표면을 노출시키는 반사막패턴(260)을 형성한다. 이때 패터닝은 비아홀 형성시 사용한 마스크를 사용하여 형성할 수 있는데, 비아홀의 임계치수보다 적어도 1.5배 이상 크게 형성되도록 하여, 후속공정에 의해 형성되는 제2 금속배선막패턴과의 브리지가 발생되지 않도록 한다. 반사막패턴(260)을 형성한 후에는 전면에 제2 절연막(212)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 다마신 공정을 수행하여 제2 절연막(212) 및 캡핑막(252)을 관통하는 비아홀(232)을 형성한다. 비아홀(232) 형성을 위한 식각과정에서 제1 금속배선막패턴(221)의 일부표면을 노출시키는 캡핑막패턴(250)이 형성된다. 다음에 비아홀(232)을 노출시키는 트랜치(242)를 상부에 형성한다. 경우에 따라서는 트랜치(242)를 먼저 형성하고 비아홀(232)을 나중에 형성할 수도 있다. 다음에 비아홀(232) 및 트랜치(242)를 매립하는 금속배선막을 형성하고, 화학적기계적평탄화방법을 이용한 평탄화를 수행하여 제2 금속배선막패턴(도 2의 222)면, 도 2에 나타낸 바와 같이 광을 이용하여 상부 레벨의 결함만을 정확하게 검출할 수 있는 다마신 금속배선구조가 만들어진다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 결함검출을 위한 다마신 금속배선구조 및 그 제조방법에 의하면, 하부 레벨 상에 반사막을 배치시켜 광이 반사막에 의해 하부 레벨의 결함에 도달하지 못하도록 함으로써, 광을 이용하여 상부 레벨만의 결함을 정확하고 간단하게 검출할 수 있다는 이점이 제공된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (5)

  1. 제1 절연막에 배치되는 제1 금속배선막패턴;
    상기 제1 절연막 및 제1 금속배선막패턴 위에 배치되어 상기 제1 금속배선막패턴을 노출시키는 캡핑막패턴;
    상기 캡핑막패턴 위에 배치되는 반사막패턴;
    상기 제1 금속배선막패턴의 노출부분을 노출시키는 비아홀 및 상기 비아홀을 노출시키는 트랜치를 가지면서 상기 반사막패턴 위에 배치되는 제2 절연막; 및
    상기 비아홀 및 트랜치를 채우는 제2 금속배선막패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 다마신 금속배선구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사막패턴은, Ti, TiN, Al, Co, Ta, W, Ni 및 이들의 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다마신 금속배선구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사막패턴은 500Å 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다마신 금속배선구조.
  4. 제1항에 있어서,
    인접한 상기 반사막패턴 사이의 간격은 상기 비아홀의 임계치수의 적어도 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 다마신 금속배선구조.
  5. 제1 절연막 내의 비아홀 및 트랜치를 채우는 제1 금속배선막패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 절연막 및 제1 금속배선막패턴 위에 캡핑막을 형성하는 단계;
    상기 캡핑막 위에 상기 제1 금속배선막패턴의 일부표면과 중첩되는 캡핑막을 노출시키는 반사막패턴을 형성하는 단계;
    상기 반사막패턴 및 캡핑막의 노출표면 위에 제2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제2 절연막 및 캡핑막의 노출부분에 대한 식각으로 상기 반사막패턴 사이에서 상기 캡핑막을 관통하여 상기 제1 금속배선막패턴의 일부표면을 노출시키는 비아홀 및 상기 비아홀을 노출시키는 트랜치를 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀 및 트랜치를 제2 금속배선막패턴으로 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다마신 금속배선구조의 제조방법.
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KR20050069593A (ko) * 2003-12-31 2005-07-05 동부아남반도체 주식회사 반도체 소자의 듀얼 다마신 배선을 위한 비아홀 형성 방법

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