KR100776141B1 - 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents

반도체 장치의 금속 배선 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 기판 위에 확산 방지막, 제1 층간 절연막 및 식각 정지막을 적층하는 단계, 선택적 식각 공정으로 식각 정지막 및 제1 층간 절연막의 상부를 제거하여 제1 비아를 형성하는 단계, 제1 비아를 채우는 질화막을 형성하는 단계, 질화막을 에치백하여 제1 비아의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 스페이서를 포함하는 제1 비아를 채우도록 제2 층간 절연막을 형성하는 단계, 선택적 식각 공정으로 제2 층간 절연막을 제거하여 제1 비아를 통해 확산 방지막을 노출하는 제2 비아와 제2 비아 및 식각 정지막을 노출하는 트랜치를 형성하는 단계, 그리고 노출된 식각 정지막 및 확산 방지막을 제거하는 단계를 포함한다.
다마신, 구리배선, 반도체, 보이드

Description

반도체 장치의 금속 배선 형성 방법{FABRICATING METHOD OF METAL LINE IN SEMICONDUCTOR}
도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선을 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선을 형성하는 방법을 공정 순서대로 도시한 단면도이다.
본 발명은 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 구리 배선을 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 장치가 점점 고속화. 고집적화 되면서 반도체 장치내에 형성되는 금속 배선의 미세화 및 다층화가 이루어지고 있다. 이러한 금속 배선의 폭이 좁아져서 금속 배선의 저항 및 정전용량으로 인한 신호 지연이 발생한다. 따라서 이러한 신호 지연을 감소시키기 위하여 저저항 금속인 구리를 이용하고 있다.
구리는 종래 금속에 비해 식각이 잘 되지 않는 금속으로 구리 배선을 형성하기 위해서는 먼저 비아와 트랜치를 형성하고, 트랜치를 메우도록 구리층을 형성한 후 화학적 기계적 연마를 하는 다마신 공정으로 배선을 형성한다.
여기서 비아는 폭에 비해서 깊이가 깊기 때문에 트랜치를 형성하는 절연막이 완전히 채워지지 않고 기공(void) 등을 포함할 수 있다.
그러나 기공이 있는 부분의 하부막은 기공이 없는 부분의 하부막에 비해서 빨리 노출되고, 기공이 없는 부분이 식각되는 동안 노출된 하부막이 과식각되어 손상된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기공 등을 포함하지 않는 절연막을 형성하여 하부막이 과식각되는 것을 방지하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 기판 위에 확산 방지막, 제1 층간 절연막 및 식각 정지막을 적층하는 단계, 선택적 식각 공정으로 식각 정지막 및 제1 층간 절연막의 상부를 제거하여 제1 비아를 형성하는 단계, 제1 비아를 채우는 질화막을 형성하는 단계, 질화막을 에치백하여 제1 비아의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 스페이서를 포함하는 제1 비아를 채우도록 제2 층간 절연막을 형성하는 단계, 선택적 식각 공정으로 제2 층간 절연막을 제거하여 제1 비아를 통해 확산 방지막을 노출하는 제2 비아와 제2 비아 및 식각 정지막을 노출하는 트랜치를 형성하는 단계, 그리고 노출된 식각 정지막 및 확산 방지막을 제거하는 단계를 포함한다.
상기한 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치는 기판, 기판에 형성되어 있으며 비아를 포함하는 제1 층간 절연막, 비아 상부에 형성되어 있 으며 완만한 경사를 가지는 스페이서, 제1 층간 절연막 위에 형성되며 비아를 노출하는 트랜치를 포함하는 제2 층간 절연막, 그리고기 비아 및 트랜치를 채우는 금속 배선을 포함하고, 비아의 모서리는 스페이서에 의해서 둥글려진다.
스페이서는 질화물질로 이루어질 수 있다.
이제 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 장치의 구리 배선 및 그의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 금속 배선을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 확산 방지막(12), 제1 층간 절연막(14), 식각 정지막(16) 및 제2 층간 절연막(18)이 적층되어 있다.
기판(10)은 개별 소자(도시하지 않음) 또는 하부 도전체(도시하지 않음)를 포함하다. 개별 소자는 트랜지스터, 캐패시터 등일 수 있으며, 하부 도전체는 저저항 금속인 구리 등으로 형성된 배선일 수 있다.
확산 방지막(12) 및 식각 정지막(16)은 질화막(SiN)으로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 층간 절연막(14, 18)은 FSG(fluorine silicate glass), USG(un-doped silicate glass), SiH4, TEOS(tetra ethyl ortho silicate) 따위의 무기 절연물 또는 유기 절연물 등을 단층 또는 복수층으로 적층하여 형성될 수 있으며, BD(black diamond), 실리카제로겔스(Silica xerogels), 메소포로스 실리카(mesoporous silica), 폴리이미드 나노폼스(Polyimide nanofoams), 테프론-에이에프(Teflon-AF), 테프론마이크로에멀젼(Teflon microemulsion) 등과 같은 유전율 3.0이하의 저 유전율 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
제2층간 절연막(18), 식각 방지막(16), 제1 층간 절연막(14) 및 확산 방지막(12)에는 제1비아(V1)가 형성되어 있다. 제1 비아(V1)의 상부 모서리에는 둥글려져 있어 완만한 경사를 가지는 스페이서(20)가 형성되어 있다.
그리고 제2 층간 절연막(18) 및 식각 정지막(16)에는 제2 비아(V2)를 노출하는 트랜치(T)가 형성되어 있다.
제2 비아(V2) 및 트랜치(T)에는 구리 따위의 저저항 금속이 채워져 금속 배선(22)을 이룬다.
이와 같은 반도체 장치의 금속 배선을 형성하는 방법을 도 2 내지 4를 참조하여 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법을 중간 단계부터 순서대로 도시한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 확산 방지막(12), 제1 층간 절연막(14) 및 식각 정지막(16)을 형성한다.
선택적 식각 공정으로 식각 정지막(16) 및 제1 층간 절연막(14)을 식각하여 제1 비아(V1)를 형성한다. 여기서 제1 층간 절연막(14)은 완전히 제거하지 않고 일정 두께 이상 남겨서 하부 확산 방지막(12)이 노출되지 않도록 한다.
다음 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 비아(V1)의 상부에 스페이서(20)를 형성한다. 스페이서는(20)는 제1비아(V1)를 포함하는 기판(10) 위에 질화막을 형성한 다음 에치백(etch back) 으로 질화막의 일부를 제거하여 형성한다.
다음 도 4에 도시한 바와 같이, 스페이서(20)를 포함하는 제1비아(V1)를 채우도록 상기 스페이서(20), 상기 제 1 층간 절연막(14) 및 상기 식각정지막(16) 상에 제2 층간 절연막(18)을 형성한다.
이후 선택적 식각 공정으로 제2 층간 절연막(18)을 식각하여 제2비아(V2) 및 상기 제2비아(V2)를 노출하는 트랜치(T)를 형성한다. 이때 제2 비아(V2)를 통해서 노출된 제1 층간 절연막(14)도 함께 제거되므로 제2 비아(V2)를 통해서 확산 방지막(12)이 노출된다.
본 발명의 실시예에서와 같이 스페이서(20)를 형성하면 스페이서(20)가 완만한 경사를 가지기 때문에 제2 층간 절연막(18)이 기공을 포함하지 않도록 형성된다. 따라서 비아(V2) 부분 또는 비아(V2)가 아닌 다른 부분과 같이 기판 어느 부분에서나 제2 층간 절연막(18)이 제거되는 시간이 거의 동일하기 때문에 기공으로 인해서 어느 한쪽이 과식각 되지 않는다.
여기서 제1 비아(V1)는 스페이서(20)를 포함하기 때문에 상기 제2 비아(V2)는 제1 비아(V1)보다 폭이 좁다.
다음 도 5에 도시한 바와 같이, 노출된 확산 방지막(16)을 제거하여 트랜치(T)를 완성한다. 이때 노출된 확산 방지막(12)도 제거한다.
다음 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 비아(V2) 및 트랜치(T)를 채우도록 구리층을 형성한다. 그리고 구리층을 화학적 기계적 연마로 연마하여 구리 배선(114)을 완성한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 트랜치의 모서리에 스페이서를 형성함으로써 상부 절연막의 밀착성을 향상시켜 기공을 포함하지 않는 절연막을 형성할 수 있 다. 따라서 하부막의 손상 없이 금속 배선용 비아 및 트랜치를 형성할 수 있어 소자의 신뢰성이 향상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 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 (3)

  1. 기판 위에 확산 방지막, 제1 층간 절연막 및 식각 정지막을 적층하는 단계,
    선택적 식각 공정으로 상기 식각 정지막 및 상기 제1 층간 절연막의 일부를 제거하여 제1 비아를 형성하는 단계,
    상기 제 1 층간 절연막 상에 상기 제1 비아를 채우는 질화막을 형성하는 단계,
    상기 질화막을 에치백하여 상기 제1 비아의 측벽을 따라 스페이서를 형성하고 상기 제1 비아 내의 제1 층간 절연막을 노출하는 단계,
    상기 스페이서를 포함하는 상기 제1 비아를 채우도록 제2 층간 절연막을 형성하는 단계,
    선택적 식각 공정으로 상기 제2 층간 절연막 및 제1 층간 절연막을 제거하여 상기 제1 비아를 통해 상기 확산 방지막을 노출하는 제2 비아와 상기 제2 비아 및 식각 정지막을 노출하는 트랜치를 형성하는 단계, 그리고
    상기 노출된 식각 정지막 및 확산 방지막을 제거하는 단계
    를 포함하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 스페이서는 질화물질로 이루어지는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
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