KR100823849B1 - 반도체 소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법은, 금속배선 형성을 위한 제 1 배리어층을 형성하는 단계와, 제 1 배리어층 위에 Al층을 형성하는 단계와, 결과물에 대하여 제 1 열처리 공정을 수행하는 단계와, Al층 위에 제 2 배리어층을 형성하여 금속배선을 형성하는 단계와, 금속배선 위에 보호막을 형성하는 단계와, 보호막에 수소기를 주입하고 제 2 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 제 1 배리어층과 제 2 배리어층은 Ti층 또는 TiN층 중에서 적어도 하나의 층으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 제 1 열처리 공정은 질소 분위기의 350~500℃에서 수행되며, 제 2 열처리 공정은 수소 분위기의 420~500℃에서 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 제 2 배리어층이 형성된 이후에, 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 제 1 배리어층을 형성하기 이전에, 반도체 기판 위에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함하며, 수광부는 포토 다이오드로 형성된다.
Description
도 1은 종래 반도체 소자 제조방법에 따른 문제점을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 더욱이, 씨모스(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
한편, 이미지 센서의 암전류 특성을 개선하기 위한 방안들이 다양하게 모색되고 있다. 이러한 암전류 특성을 개선하기 위한 방안의 하나로서 수소의 확산을 위한 열처리 방안이 제시되고 있다. 보통 수소의 확산을 위한 열처리는 약 400℃ 정도에서 수행된다.
종래 제시된 방안에 의하면, 금속배선을 형성한 후 수소 확산을 위한 열처리를 수행한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 Ti층, Al층, TiN층 또는 Ti/TiN층의 금속배선을 형성한다. 그리고 상기 금속배선 위에 질화막과 같은 보호막을 형성한다. 이어서 상기 결과물에 대하여 수소 분위기에서 암전류 특성을 개선하기 위한열처리를 수행한다.
그런데, 이와 같이 수소의 확산을 위하여 열처리 온도를 400℃ 정도에서 수행하는 경우에, 도 1에 나타낸 바와 같이 금속배선의 불규칙적인 파괴가 발생되는 문제점이 있다. 도 1은 종래 반도체 소자 제조방법에 따른 문제점을 나타낸 도면이다.
이러한 문제는 금속배선의 증착 온도는 보통 300℃ 정도에서 수행되는데, 암전류 특성을 개선하기 위하여 후속되는 과도한 열처리 공정으로 인하여 금속배선이 열적 스트레스를 감당하지 못하여 파괴되는 것으로 해석되고 있다.
이에 따라, 금속배선이 파괴되는 것을 방지하고 암전류 특성을 안정적으로 개선할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 금속배선이 파괴되는 것을 방지하고 암전류 특성을 안정적으로 개선할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법은, 금속배선 형성을 위한 제 1 배리어층을 형성하는 단계; 상기 제 1 배리어층 위에 Al층을 형성하는 단계; 상기 결과물에 대하여 제 1 열처리 공정을 수행하는 단계; 상기 Al층 위에 제 2 배리어층을 형성하여 금속배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 위에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막에 수소기를 주입하고 제 2 열처리 공정을 수행하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 1 배리어층과 상기 제 2 배리어층은 Ti층 또는 TiN층 중에서 적어도 하나의 층으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 1 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 1 열처리 공정은 350~500℃에서 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 보호막은 질화막으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 2 열처리 공정은 수소 분위기의 420~500℃에서 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 2 배리어층이 형성된 이후에, 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 1 배리 어층을 형성하기 이전에, 반도체 기판 위에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 수광부는 포토 다이오드로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 금속배선이 파괴되는 것을 방지하고 암전류 특성을 안정적으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위"에 또는 "아래"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 먼저 금속배선 형성을 위한 제 1 배리어층을 형성한다(단계 101).
상기 제 1 배리어층은 Ti층 또는 TiN층 중에서 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 제 1 배리어층 위에 Al층을 형성한다(단계 103).
상기 Al층은 보통 300℃ 정도에서 수행되도록 할 수 있다.
이후, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 결과물에 대하여 제 1 열처리 공정을 수행한다(단계105).
상기 제 1 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행되도록 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 열처리 공정은 350~500℃에서 수행되도록 할 수 있다. 이와 같은 제 1 열처리 공정은 상기 제 1 배리어층 및 Al층에 있어 열적 스트레스를 완화시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 Al층 위에 제 2 배리어층을 형성하여 금속배선을 형성한다(단계 107).
상기 제 2 배리어층은 Ti층 또는 TiN층 중에서 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 예로서 상기 제 2 배리어층은 TiN층으로 형성될 수도 있으며, Ti/TiN층으로 형성될 수도 있다.
이어서, 상기 금속배선 위에 보호막을 형성한다(단계 109).
상기 보호막은 하나의 예로서 질화막으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 1 배리어층을 형성하기 이전에, 반도체 기판 위에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수광부는 하나의 예로서 포토 다이오드로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조로 형성되는 반도체 소자의 예는 이미지 센서를 포함한다.
그리고, 상기 보호막에 수소기를 주입하고 제 2 열처리 공정을 수행한다(단계 111).
상기 제 2 열처리 공정은 수소 분위기의 420~500℃에서 수행되도록 할 수 있 다. 이에 따라, 수소의 확산을 촉진시켜 실리콘 계면의 결정구조의 결함을 제거할 수 있게 된다.
상기 수소는 실리콘 계면에 발생되는 결정구조의 결함, 예컨대 댕글링 본드(Dangling Bond)를 치유할 수 있게 된다.
상기 댕글링 본드는 반도체 기판이 실리콘 원자 하나에 산소 원자 두 개가 결합하여야 안정한 상태를 유지하는데, 식각 공정 등에 의하여 실리콘 원자 하나와 산소 원자 하나가 결합되어 있거나, 또는 실리콘 원자가 산소 원자를 하나도 갖지 못하는 상태를 말한다.
이와 같은 댕글링 본드는 광이 입사되지 않은 상태에서도 댕글링 본드에 의해 전자가 생성되어 포토 다이오드로부터 플로팅 센싱 노드로 암전류가 흐르는 문제점을 야기시킨다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 1 열처리 공정 및 제 2 열처리 공정을 수행함으로써, 수소의 확산을 통하여 상기와 같은 결정구조의 결함을 해소할 수 있게 되며, 또한 금속배선이 파괴되는 현상도 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 상기 제 1 열처리 공정을 통하여, 수소 확산을 위한 제 2 열처리 공정에서 금속배선이 받게 될 열적 스트레스를 사전에 완화시킴으로써, 결과적으로 금속배선이 파괴되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 의하면 금속배선의 기계적 강도를 높일 수 있게 되며, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 수소의 확산을 안정적으 로 촉진시킴으로써 암전류 특성을 개선하고 소자의 품질 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 제 2 배리어층이 형성된 이후에, 열처리 공정을 추가로 수행할 수도 있다.
즉, 금속배선의 형성이 완료된 이후, 상기 보화막을 형성하기 이전에 열처리 공정을 추가로 수행함으로써, 보다 금속배선이 받는 열적 스트레스를 완화시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 금속배선이 파괴되는 것을 방지하고 암전류 특성을 안정적으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
Claims (9)
- 금속배선 형성을 위한 제 1 배리어층을 형성하는 단계;상기 제 1 배리어층 위에 Al층을 형성하는 단계;상기 제 1 배리어층과 상기 Al층에 대하여 제 1 열처리 공정을 수행하는 단계;상기 Al층 위에 제 2 배리어층을 형성하여, 상기 제 1 배리어층, 상기 Al층, 상기 제 2 배리어층이 적층된 금속배선을 형성하는 단계;상기 금속배선 위에 보호막을 형성하는 단계;상기 보호막에 수소기를 주입하고 제 2 열처리 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 배리어층과 상기 제 2 배리어층은 Ti층 또는 TiN층 중에서 적어도 하나의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 열처리 공정은 350~500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도 체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 보호막은 질화막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 열처리 공정은 수소 분위기의 420~500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 배리어층이 형성된 이후에, 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 배리어층을 형성하기 이전에, 반도체 기판 위에 수광부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 8항에 있어서,상기 수광부는 포토 다이오드로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120319 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |