KR100790739B1 - 반도체 소자의 패드 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 소자의 패드 형성 방법에 관한 것으로, 그 목적은 본딩 불량을 일으키지 않는 본딩 패드를 형성하는 데 있다. 이를 위해 본 발명에서는 반도체 기판의 구조물 상에 최상층 금속배선층 형성을 위해 알루미늄합금막을 형성하는 단계; 알루미늄합금막이 형성된 반도체 기판을 대기 중에 노출시켜 알루미늄합금막 상에 자연산화막을 형성하는 단계; 자연산화막 상에 리프렉토리금속막을 형성하는 단계: 리프렉토리금속막, 자연산화막, 및 알루미늄합금막을 소정폭으로 남기도록 선택적으로 식각하여 소정폭의 리프렉토리금속막, 자연산화막, 및 알루미늄합금막으로 이루어진 최상층금속배선층을 형성하는 단계; 및 최상층금속배선층을 포함하여 반도체 기판의 상부 전면에 보호막을 형성하고, 최상층금속배선층의 소정영역 상부에 위치하는 보호막, 리프렉토리금속막, 및 자연산화막을 선택적으로 식각하여 알루미늄합금막의 소정영역을 노출시키는 패드를 형성하는 단계를 포함하여 반도체 소자의 패드를 형성한다.
패드, 자연산화막, 알루미늄합금
Description
도 1a 내지 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 패드 형성 방법을 도시한 단면도이다.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본딩패드를 형성하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 본딩패드는 반도체 소자와 패키지를 연결해주는 단자로서의 역할을 하는 것으로, 소자의 최상층 금속배선이 일정 부분 노출된 패드를 패키지 후 핀(pin)으로 사용되는 부분과 상호 연결시켜주는 본딩 작업을 통해 반도체 소자의 배선을 전원 공급장치와 같은 외부와 전기적으로 접속하는 것이다.
이러한 본딩패드를 이루는 금속박막은 그 표면에 이물질이 없고 산화막이 형성되지 않아야 본딩 작업이 원활하게 이루어진다.
그러나 종래기술에서는 금속배선의 표면이 산화되거나 또는 금속박막의 표면에 리프렉토리(refractory) 금속이 잔존하여, 본딩이 제대로 이루어지지 않고 본딩 라인이 이탈하는 등의 문제점이 발생하였다.
특히, 금속배선으로서 알루미늄 합금을 이용할 경우, 건식 식각으로 패드를 통해 알루미늄 합금으로 이루어진 금속배선을 노출시키면 폴리머 등이 알루미늄 합금 상부에 형성되어 잘 제거되지 못하여 본딩 불량을 일으켜 왔으며, 폴리머의 제거를 위하여 불산과 같은 식각용액을 사용하기도 하는데 이러한 식각용액은 알루미늄 합금막과 같이 용융점이 낮은 금속막에 치명적인 악영항을 미친다.
또한, 알루미늄 합금에 소량 함유된 구리가 쉽게 산화되어 본딩 불량을 일으켜왔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 본딩 불량을 일으키지 않는 본딩 패드를 형성하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 반도체 기판의 구조물 상에 최상층 금속배선층 형성을 위해 알루미늄합금막을 형성하는 단계; 알루미늄합금막이 형성된 반도체 기판을 대기 중에 노출시켜 알루미늄합금막 상에 자연산화막을 형성하는 단계; 자연산화막 상에 리프렉토리금속막을 형성하는 단계: 리프렉토리금속막, 자연산화막, 및 알루미늄합금막을 소정폭으로 남기도록 선택적으로 식각하여 소정폭의 리프렉토리금속막, 자연산화막, 및 알루미늄합금막으로 이루어진 최상층금속배선층을 형성하는 단계; 및 최상층금속배선층을 포함하여 반도체 기판의 상부 전면에 보호막을 형성하고, 최상층금속배선층의 소정영역 상부에 위치 하는 보호막, 리프렉토리금속막, 및 자연산화막을 선택적으로 식각하여 알루미늄합금막의 소정영역을 노출시키는 패드를 형성하는 단계를 포함하여 반도체 소자의 패드를 형성한다.
이 때, 최상층금속배선층의 소정영역 상부에 위치하는 보호막, 리프렉토리금속막, 및 자연산화막을 선택적으로 식각할 때에는, 보호막 상에 최상층금속배선층 상부의 보호막을 소정영역 노출시키는 감광막 패턴을 형성한 후, 감광막 패턴을 마스크로 하여 건식식각방법으로 노출된 보호막을 모두 제거하고, 리프렉토리금속막을 소정두께 제거한 다음, 감광막 패턴을 제거하는 제1단계와; 불활성 가스를 이용한 플라즈마 식각방법으로 노출된 잔존 리프렉토리금속막 및 자연산화막을 모두 제거하는 제2단계를 순차적으로 수행하여 알루미늄합금막의 소정영역을 노출시키는 것이 바람직하다.
제1단계에서 건식식각방법으로 리프렉토리금속막을 소정두께 제거할 때에는, 리프렉토리금속막을 150Å 이상만큼 제거하는 것이 바람직하며, 제2단계에서 플라즈마 식각방법으로 자연산화막을 제거할 때에는, 자연산화막 하부의 알루미늄합금막을 총 알루미늄합금막 두께의 1/5 이내만큼 동시에 제거하는 것이 바람직하다.
자연산화막은 20 내지 100Å 의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
리프렉토리금속막을 형성할 때에는, Ti, TiN, Ta, TaN, WN, 및 Si을 포함하여 알루미늄합금보다 용융점이 높은 금속 물질로 이루어진 군에서 1종을 선택하여 단일층으로 형성하거나, 또는 2종 이상을 선택하여 2층 이상의 적층구조로 형성할 수 있으며, 두께는 300 내지 1000Å으로 형성하고, 증착온도는 100 내지 300℃로 하는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명에 따른 반도체 소자의 패드 형성 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 패드 형성 방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판의 구조물(1), 즉 개별 소자가 형성된 반도체 기판 또는 하부 금속 배선층 상부에 산화막 등으로 이루어진 절연막(2)을 형성하고, 절연막(2) 상에 알루미늄합금막(3)을 형성한 다음, 이를 대기 중에 노출시켜서 알루미늄합금막(3) 상에 자연산화막(4)이 대략 20 내지 100Å의 두께로 얇게 형성되도록 한다.
알루미늄합금막(3)을 형성할 때에는 가급적 결정립이 커서 저항값이 낮도록 하기 위해 100℃ 이상의 증착온도에서 형성하는 것이 바람직하다.
이 때 자연산화막(4)은 알루미늄합금막(3)이 이후에 형성될 리프렉토리금속막(5)과 상호 반응하는 것을 막아주어 알루미늄합금막(3) 상에 이물질이 형성되거나 알루미늄합금막(3)이 부식되는 것을 막아주는 역할을 한다. 알루미늄합금막(3)과 리프렉토리금속막이 상호 반응하면 새로운 화합물이 형성되는데 이 화합물은 플라즈마 식각으로 잘 제거되지 않는 문제점이 있기 때문이다.
이어서, 자연산화막(4) 상에 리프렉토리금속막(5)을 형성하고, 리프렉토리금속막(5) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 금속배선층으로 형성될 영역에만 감광막을 남기고 그 외 영역의 감광막은 제거하여 제1감광막 패턴(6)을 형성한 다.
리프렉토리금속막(5)은, Ti, TiN, Ta, TaN, WN, Si 등을 포함하여 알루미늄합금보다 용융점이 높은 금속 물질로 형성하는데, 상술한 고융점 금속 물질 중에서 1종을 선택하여 단일층으로 형성하거나, 또는 2종 이상을 선택하여 2층 이상의 적층구조로 형성할 수 있으며, 이러한 리프렉토리금속막(5)의 두께는 300 내지 1000Å으로 형성하며, 바람직하게는 600Å으로 형성한다.
리프렉토리금속막(5)을 증착할 때에는 100 내지 300℃의 온도로 증착하며, 바람직하게는 200℃의 온도로 증착한다.
리프렉토리금속막(5) 상에는 절연막으로 이루어진 반사방지막을 100 내지 600Å의 두께로 더 형성할 수도 있으며, 바람직하게는 반사방지막을 300Å의 두게로 형성한다. 또한, 반사방지막을 형성할 때에는 리프렉토리금속막(5)의 증착온도와 동일한 온도로 증착하는 것이 바람직하다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1감광막 패턴(6)을 마스크로 하여 노출된 리프렉토리금속막(5)을 건식식각하고 그 하부의 자연산화막(4), 및 알루미늄합금막(3)을 계속하여 건식식각하여 소정폭의 리프렉토리금속막(5), 자연산화막(4), 및 알루미늄합금막(3)으로 이루어진 금속배선층을 형성한 후, 제1감광막 패턴(6)을 제거하고 세정공정을 수행한다.
이어서, 금속배선층을 포함한 상부 전면에 보호막(7)을 형성하고, 보호막(7) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 금속배선층 상부의 보호막을 소정영역 노출시키는 제2감광막 패턴(8)을 형성한다.
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제2감광막 패턴(8)을 마스크로 하여 건식식각방법으로 노출된 보호막(7)을 모두 제거한 후, 리프렉토리금속막(5)을 소정두께 제거하고, 이어서 제2감광막 패턴(8)을 제거하고 세정공정을 수행한다.
이 때 리프렉토리금속막(5)은 150Å 이상만큼 제거하는 것이 바람직하다.
다음, 도 1d에 도시된 바와 같이, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등 불활성 가스를 이용한 플라즈마 식각방법으로 노출된 잔존 리프렉토리금속막(4) 및 그 하부의 자연산화막(4)을 모두 제거하고, 알루미늄합금막(3)을 노출시켜 패드(100)를 이루도록 한다.
플라즈마 식각방법으로 자연산화막(4)을 모두 제거하다보면 그 하부의 알루미늄합금막(3)도 함께 제거될 수도 있는데, 이 때 제거되는 알루미늄합금막은 전체 알루미늄합금막(3) 두께의 1/5 이내만큼인 것이 바람직하다.
앞에서 언급한 바와 같이, 자연산화막(4)이 알루미늄합금막(3)과 리프렉토리금속막(5)의 상호 반응을 막아주었기 때문에, 플라즈마 식각 후 패드를 통해 노출된 알루미늄합금막(3)의 상부표면에는 이물질이 남아있지 않고 부식이나 산화물 발생이 없는 상태이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 금속배선층을 형성할 때 알루미늄합금막을 형성한 후 대기 중에 노출시켜 자연산화막을 형성한 다음, 자연산화막 상에 리프렉토리금속막을 형성하기 때문에, 자연산화막이 알루미늄합금막의 리프렉토리금속막과의 상호반응과, 부식, 산화 등을 방지함으로써, 패드를 통해 노출된 알루미늄합 금막 표면에 이물질이 없고 부식 및 산화물 발생이 억제되어 이후 본딩 불량률이 감소되는 효과가 있으며, 따라서 소자의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
Claims (10)
- 반도체 기판의 구조물 상에 알루미늄합금막을 형성하는 단계;상기 알루미늄합금막 상에 자연산화막을 형성하는 단계;상기 자연산화막 상에 리프렉토리금속막을 형성하는 단계:상기 리프렉토리금속막, 자연산화막, 및 알루미늄합금막을 선택적으로 식각하여 상기 리프렉토리금속막, 자연산화막, 및 알루미늄합금막으로 이루어진 최상층금속배선층을 형성하는 단계; 및상기 최상층금속배선층을 포함하여 반도체 기판의 상부 전면에 보호막을 형성하고, 상기 최상층금속배선층의 상부에 위치하는 보호막, 리프렉토리금속막, 및 자연산화막을 선택적으로 식각하여 상기 알루미늄합금막을 노출시키는 패드를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 최상층금속배선층의 상부에 위치하는 보호막, 리프렉토리금속막, 및 자연산화막을 선택적으로 식각할 때에는, 보호막 상에 상기 최상층금속배선층 상부의 보호막을 노출시키는 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 건식식각방법으로 노출된 보호막을 모두 제거하고, 리프렉토리금속막을 제거한 다음, 감광막 패턴을 제거하는 제1단계와;불활성 가스를 이용한 플라즈마 식각방법으로 노출된 잔존 리프렉토리금속막 및 자연산화막을 모두 제거하는 제2단계;를 순차적으로 수행하여 상기 알루미늄합금막을 노출시키는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1단계에서 건식식각방법으로 리프렉토리금속막을 제거할 때에는, 리프렉토리금속막을 150Å 이상만큼 제거하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제2단계에서 플라즈마 식각방법으로 자연산화막을 제거할 때에는, 상기 자연산화막 하부의 알루미늄합금막을 총 알루미늄합금막 두께의 1/5 이내만큼 동시에 제거하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 자연산화막은 20 내지 100Å 의 두께로 형성하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 리프렉토리금속막을 형성할 때에는, Ti, TiN, Ta, TaN, WN, 및 Si을 포함하여 알루미늄합금보다 용융점이 높은 금속 물질로 이루어진 군에서 1종을 선택하여 단일층으로 형성하거나, 또는 2종 이상을 선택하여 2층 이상의 적층구조로 형성하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 리프렉토리금속막은 300 내지 1000Å의 두께로 형성하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 리프렉토리금속막을 증착할 때에는 100 내지 300℃의 온도로 증착하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 리프렉토리금속막 상에는 100 내지 600Å의 두께로 반사방지막을 더 형성하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 알루미늄합금막을 형성할 때에는, 결정립이 크도록 100℃ 이상의 온도에서 증착하는 반도체 소자의 패드 형성 방법.
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