KR100928108B1 - 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 하드마스크를 이용하여 금속 배선을 형성하는 방법을 제공한다. 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법은, 하부 절연막 상에 순차적으로 제 1 배리어막, 금속막, 제 2 배리어막을 형성하는 단계, 상기 제 2 배리어막 상에 하드 마스크를 형성하는 단계, 상기 하드 마스크를 마스크로 상기 제 2 배리어막, 상기 금속막을 식각하여 상기 제 1 배리어막의 일부를 노출시키는 단계, 상기 하드 마스크를 제거하는 단계 및 상기 노출된 제 1 배리어막을 식각하는 단계를 포함한다. 실시예는 상기 금속 배선 상에 형성되는 층간 절연막의 매립 마진을 확보할 수 있으며 보이드 발생을 줄이고 불량 발생을 저감하는 효과가 있다.
하드 마스크, 알루미늄 배선
Description
실시예는 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 기판을 이용하여 제조되는 반도체 소자는 데이터를 저장 또는 처리하는 소자 및 소자에 신호를 입력 또는 소자로부터 신호를 출력하기 위한 배선으로 이루어진다.
반도체 소자 제조 공정시 가장 많이 사용하는 금속재료로는 알루미늄과 알루미늄 합금을 들 수 있다. 반도체 소자 제조 공정시 알루미늄 및 알루미늄이 널리 사용되는 이유로는 전기전도성이 우수하고, 산화막과의 접착력이 뛰어날 뿐만 아니라 가공하기 쉽기 때문이다.
일반적인 금속 배선 형성 방법은 기판 상에 금속층을 형성하고, 금속층의 산화를 방지하기 위해 금속층 상에 보호막을 형성한 후, 보호막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 보호막 및 금속층을 식각하여 금속 배선을 형성하는 것이다.
그런데, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 금속 배선을 형성하는 방법에 있어서, 패턴 마진을 위하여 ArF 스캐너를 주로 사용하는데 상기 ArF 스캐너는 코팅막 두께가 낮아 식각시에 금속 배선 상면에 손상이 발생될 수 있다. 이와 같이 금속 배선 상면에 발생된 손상은 반도체 소자의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
실시예는 하드마스크를 이용하여 금속 배선을 형성하는 방법을 제공한다.
실시예에 따른 금속 배선 형성 방법은, 하부 절연막 상에 순차적으로 제 1 배리어막, 금속막, 제 2 배리어막을 형성하는 단계, 상기 제 2 배리어막 상에 하드 마스크를 형성하는 단계, 상기 하드 마스크를 마스크로 상기 제 2 배리어막, 상기 금속막을 식각하여 상기 제 1 배리어막의 일부를 노출시키는 단계, 상기 하드 마스크를 제거하는 단계 및 상기 노출된 제 1 배리어막을 식각하는 단계를 포함한다.
실시예는 하드 마스크를 이용하여 금속 배선을 형성하며, 금속 배선 식각 후에 사용된 하드 마스크를 선택적으로 제거함으로써 상기 금속 배선 상에 형성되는 층간 절연막의 매립 마진을 확보할 수 있으며 보이드 발생을 줄이고 불량 발생을 저감하는 효과가 있다.
또한, 실시예는 상기 금속 배선 하부에 노출되는 절연막의 유실을 방지할 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
금속 배선은 집적회로(Integrated Circuit; IC)에서 트랜지스터의 상호 연결회로, 전원공급 및 신호전달의 역할을 하며, 최근 반도체 소자의 고집적화에 따른 디자인룰(design rule)의 감소로 인해 금속 배선의 너비는 작아지고, 깊이는 깊어지는 어스펙트비(aspect ratio)가 증가하고 있는 추세이다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따라 금속 배선을 형성하는 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 하부의 절연막(100) 상에 제 1 배리어막(111), 상기 제 1 배리어막(111) 상에 금속막(120), 상기 금속막(120) 상에 제 2 배리어막(112), 상기 제 2 배리어막(112) 상에 마스크막(130), 상기 마스크막(130) 상에 반사방지막(140), 상기 반사방지막(140) 상에 포토레지스트막(150)을 순차적으로 형성한다.
상기 하부 절연막(100)은 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 배리어막(111, 112)은 예를 들어, Ta, TaN, TaAlN, TaSiN, Ti, TiN, WN, TiSiN, TCu 등의 그룹에서 선택되어진 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 배리어막(111, 112)은 상기 그룹에서 선택된 물질로 이루어진 단일층으로 이루어질 수도 있고, 다층으로 이루질 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 배리어막(111, 112)은 알루미늄 금속막의 매립 특성의 향상과 배선의 선폭 감소에 따른 배선 신뢰도를 향상시키기 위한 것일 수 있다.
상기 제 1 배리어막(111)은, 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 하부 구조물 상에 타이타늄 등을 타겟물질로 약 200℃ 이하에서 아르곤(Ar)을 챔버에 주입하여 약 50Å~400Å 의 두께로 증착된다.
상기 제 2 배리어막(112)은 추후 식각마진을 고려하여 상기 제 1 배리어막(111)보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 금속막(120)은 예를 들어, 알루미늄, 구리, 텅스텐 및 알루미늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속막(120)은 스퍼터링 등의 방법으로 상기 제 1 배리어막(111) 상에 약 200℃ 이상에서 약 300Å~5000Å의 두께로 증착한다.
이후, 상기 금속막(120) 상에 상기 제 1 배리어막(111)과 동일한 방법으로 제 2 배리어막(112)을 형성하며, 상기 제 2 배리어막(112)은 약 50Å~900Å 의 두께로 증착한다.
상기 마스크막(130)은 상기 금속막(120)을 식각하기 위한 것으로, 하드 마스 크(hard mask) 물질로 이루어진다. 예를 들어, 상기 마스크막(130)은 실리콘 산질화막(SiON) 및 실리콘 산화막(SiO2) 중 하나일 수 있다.
상기 마스크막(130)은 상기 금속막(120) 하부의 절연막과 동일한 물질이거나 식각 특성이 유사할 수 있다.
상기 반사방지막(140)은 포토레지스트 노광시 난반사를 방지하기 위한 것이다.
예를 들어, 상기 반사방지막(140)은 PVD(physical vapor deposition) 방법으로 챔버 내에 질소와 아르곤을 주입하고 플라즈마(plasma)를 띄워서 타이타늄을 반응 스퍼터링으로 증착시킴으로써 질화 타이타늄(TiN)으로 형성할 수 있다. 상기 반사 방지막(140)은 약 200Å~1000Å의 두께로 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(150)을 마스크로 상기 반사 방지막(140) 및 상기 마스크막(130)을 식각하여 하드마스크(130a)를 형성한다.
이후, 상기 포토레지스트 패턴(150) 및 상기 반사방지막(140)을 제거한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 하드 마스크(130a)에 의해 노출된 상기 제 2 배리어막(112) 및 금속막(120)을 식각하여 제 2 배리어막 패턴(112a) 및 금속 배선(120)을 형성한다.
이때, 상기 금속막을 오버에치(over etch)하여 상기 제 1 배리어막(111)의 일부가 식각될 수도 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 하드 마스크(130a)를 제거하여, 상기 제 2 배리어막 패턴(112a)을 전면 노출시킨다.
이 단계에 의해, 상기 제 2 배리어막 패턴(112a)의 상부 전면, 상기 금속 배선(120a)의 측벽 및 상기 금속 배선(120a)들 사이의 상기 제 1 배리어막(111)이 노출된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 노출된 상기 제 1 배리어막(111)을 식각하여 제 1 배리어막 패턴(111a)을 형성한다.
상기 제 1 배리어막(111) 식각시에 블랭킷 에치백(blanket etch back) 공정을 사용할 수도 있다.
상기 제 1 배리어막(111) 식각시에 노출된 상기 제 2 배리어막 패턴(112a)의 일부도 식각된다.
일부 식각된 제 2 배리어막 패턴(112b)은 상기 금속 배선(120a)의 상부 전면을 소정 두께로 덮고 있으며, 일부 식각되어 남은 상기 제 2 배리어막 패턴(112b)의 두께는 50Å~600Å일 수 있다.
상기 제 1 배리어막(111)을 오버에치하여 상기 절연막(100)의 일부가 식각될 수 있다.
이로써, 상기 제 1 배리어막 패턴(111a), 금속 배선(120a), 제 2 배리어막 패턴(112b)으로 이루어진 배선 구조물을 완성할 수 있다.
상기 하드 마스크(130a) 제거시에 상기 하부 절연막(100)은 상기 제 1 배리어막(111)에 의하여 덮여 있었으므로 상기 하부 절연막(100)의 유실을 방지하면서 효과적으로 상기 하드 마스크(130a)를 제거할 수 있다.
상기 하드 마스크(130a)가 제거된 상태에서 상기 제 1 배리어막(111)을 오버 에치하여 배선 구조물을 완성하였으므로, 상기 하드 마스크(130a)의 두께만큼 상기 배선 구조물의 두께가 낮아지게 된다.
따라서, 상기 배선 구조물이 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성할 경우 상기 층간 절연막의 매립 특성이 좋아지게 되고, 특히 상기 금속 배선 사이의 간격이 조밀하여도 상기 금속 배선 사이에 보이드가 발생되지 않으며 갭필 특성이 좋아진다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 금속 배선의 형성 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따라 금속 배선을 형성하는 방법을 보여주는 단면도들이다.
Claims (5)
- 하부 절연막 상에 순차적으로 제 1 배리어막, 금속막, 제 2 배리어막을 형성하는 단계;상기 제 2 배리어막 상에 마스크막, 반사방지막, 포토레지스트 패턴을 순차적으로 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 반사방지막 및 상기 마스크막을 식각하여 하드마스크를 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴 및 상기 반사방지막을 제거하는 단계;상기 하드 마스크를 마스크로 상기 제 2 배리어막, 상기 금속막을 식각하여 상기 제 1 배리어막의 일부를 노출시키는 단계;상기 하드 마스크를 제거하는 단계; 및상기 노출된 제 1 배리어막을 상기 하부 절연막이 노출되도록 식각하는 단계를 포함하는 금속 배선 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 하드 마스크는 산질화막 및 산화막 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 배리어막을 식각하는 단계에 있어서,상기 제 2 배리어막이 식각되어 상기 금속막으로부터 소정 두께가 남는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 배리어막을 식각하는 단계에 있어서,상기 하부 절연막의 일부를 오버에치하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 배리어막은 상기 제 1 배리어막보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
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