KR19990057408A - 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자에서 전도성이 우수한 구리와 같은 금속을 이용하는 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 제 1 장벽 금속층(barrier metal layer), 금속층, 제 2 장벽 금속층 및 하드 마스크층(hard mask layer)을 순차적으로 형성한 후, 하드 마스크층상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 한 등방성(isotropic) 식각 공정으로 하드 마스크층을 식각 하여 포토레지스트 패턴의 폭보다 좁은 폭을 갖는 하드 마스크층 패턴을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 제거하고, 하드 마스크층 패턴을 식각 마스크로한 식각 공정으로 미세 선폭을 갖는 금속 배선을 형성한 후 금속 배선을 보호막으로 캡슐화(encapsulation) 시키므로써, 금속 배선을 결함 요인으로부터 보호하여 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 소자의 고집적화를 실현시킬 수 있는 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속 배선의 저항이 증가되는 것을 방지하면서 고집적화를 실현할 수 있는 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자 제조시 소자와 소자간 또는 배선과 배선간을 전기적으로 연결시키기 위해 금속 배선을 사용하고 있다. 금속 배선 재료로 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W)이 널리 사용되고 있으나, 낮은 융점과 높은 비저항으로 인하여 초고집적 반도체 소자에 더 이상 적용이 어렵게 되었다. 따라서, 반도체 소자의 초고집적화를 실현하기 위해, 금속 배선의 대체 재료에 대한 개발 및 미세 선폭을 갖는 금속 배선의 형성에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 대체 재료로 전도성이 우수한 물질인 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등이 있으며, 이러한 물질들 중 전도성 및 생산원가를 고려하여 구리가 널리 적용되고 있다. 구리는 원자의 크기가 매우 작고 화학적인 친화도가 매우 크기 때문에 열처리 과정 중에 쉽게 산화되는 특성이 있어 구리를 사용한 금속 배선의 저항이 증가되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 금속 배선의 저항이 증가되는 것을 방지하면서 고집적화를 실현할 수 있는 금속 배선 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속 배선 형성 방법은 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판 상에 금속층 및 하드 마스크층을 순차적으로 형성한 후, 상기 하드 마스크층상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 상기 하드 마스크층을 식각 하여, 이로 인하여 상기 포토레지스트 패턴의 폭보다 좁은 폭을 갖는 하드 마스크층 패턴이 형성되는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 하드 마스크층 패턴을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 상기 금속층 식각 하여, 이로 인하여 금속 배선이 형성되는 단계; 및 상기 금속 배선의 측면에 보호막을 형성하여, 상기 금속 배선을 캡슐화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 기판 2: 제 1 장벽 금속층
3: 금속층 4: 제 2 장벽 금속층
5: 하드 마스크층 5A: 하드 마스크층 패턴
6: 포토레지스트 패턴 7: 보호막
10: 금속 배선
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도이다.
도 1(a)를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판(1)상에 제 1 장벽 금속층(barrier metal layer; 2), 금속층(3), 제 2 장벽 금속층(4) 및 하드 마스크층(hard mask layer; 5)을 순차적으로 형성한 후, 하드 마스크층(5)상에 포토레지스트 패턴(6)을 형성한다.
상기에서, 제 1 및 2 장벽 금속층(2 및 4)은 티타늄 나이트라이드(TiN), 텅스텐 나이트라이드(WN), 티타늄 텅스텐(TiW), 코발트 나이트라이드(CoN), 크롬 나이트라이드(CrN) 등으로 형성된다. 금속층(3)은 전도성이 우수한 물질인 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt) 등을 증착 하여 형성된다. 하드 마스크층(5)은 산화 알루미늄(Al2O3), 몰리브덴(Mo), 플라즈마 증가형 질화물(PE nitride), 실리콘 산화 질화물(SiON), 티나늄 나이트라이드(TiN) 등으로 형성된다.
도 1(b)를 참조하면, 포토레지스트 패턴(6)을 식각 마스크로 한 등방성(isotropic) 식각 공정으로 하드 마스크층(5)을 식각 하여 포토레지스트 패턴(6)의 폭보다 좁은 폭을 갖는 하드 마스크층 패턴(5A)을 형성한다.
상기에서, 등방성 식각 공정은 불소계 및 산소계 플라즈마 건식 식각법이나 습식 식각법으로 실시된다.
도 1(c)를 참조하면, 포토레지스트 패턴(6)을 제거한 후, 하드 마스크층 패턴(5A)을 식각 마스크로한 비등방성(anisotropic) 식각 공정으로 제 2 장벽 금속층(5), 금속층(3) 및 제 1 장벽 금속층(2)을 순차적으로 식각 하여 미세 선폭을 갖는 금속 배선(10)이 형성된다. 금속 배선(10)의 측면에 보호막(7)을 형성하여 금속 배선(10)을 캡슐화(encapsulation) 시킨다.
금속층(3)이 구리로 형성될 경우, 금속 배선(10)을 형성하기 위한 비등방성 식각 공정은 200 내지 300℃의 고온 플라즈마 식각법을 사용하며, 실리콘 클로라이드(SiCl4) 가스와 질소(N2) 가스를 이용한 주 식각(main etch) 및 과도 식각(over etch)을 실시한다. 보호막(7)은 실리콘 클로라이드(SiCl4) 가스, 질소(N2) 가스 및 산소(O2) 가스 분위기에서 200 내지 300℃의 고온 플라즈마를 이용하여 금속 배선(10)의 측면에 실리콘 산화 질화물(SiON)을 증착 하여 형성된다.
구리를 이용한 금속 배선(10) 형성 공정과 보호막(7) 형성 공정은 인-시튜(in-situ) 방식으로 형성할 경우, 전술한 비등방성 식각 공정 조건에 산소(O2) 플라즈마를 약 5% 이하로 미량 첨가하면, 보호막(7)으로 금속 배선(10)의 측면에 실리콘 산화 질화물(SiON)이 증착 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 포토레지스트 패턴으로 하드 마스크층을 등방성 식각으로 식각 하여 미세 선폭을 갖는 하드 마스크층 패턴을 형성하고, 하드 마스크층 패턴을 식각 마스크로 하여 미세 선폭의 금속 배선을 형성하고, 금속 배선 보호막으로 캡슐화 시키므로써, 금속 배선을 결함 요인으로부터 보호하여 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 소자의 고집적화를 실현시킬 수 있다.
Claims (11)
- 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판 상에 금속층 및 하드 마스크층을 순차적으로 형성한 후, 상기 하드 마스크층상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 상기 하드 마스크층을 식각 하여, 이로 인하여 상기 포토레지스트 패턴의 폭보다 좁은 폭을 갖는 하드 마스크층 패턴이 형성되는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 하드 마스크층 패턴을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 상기 금속층 식각 하여, 이로 인하여 금속 배선이 형성되는 단계; 및상기 금속 배선의 측면에 보호막을 형성하여, 상기 금속 배선을 캡슐화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속층은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하드 마스크층은 산화 알루미늄(Al2O3), 몰리브덴(Mo), 플라즈마 증가형 질화물(PE nitride), 실리콘 산화 질화물(SiON), 티나늄 나이트라이드(TiN) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하드 마스크층 패턴 형성을 위한 식각 공정은 등방성 식각 공정인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하드 마스크층 패턴 형성을 위한 식각 공정은 불소계 및 산소계 플라즈마 건식 식각법으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하드 마스크층 패턴 형성을 위한 식각 공정은 습식 식각법으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 배선 형성을 위한 식각 공정은 비등방성 식각 공정인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속층이 구리로 형성될 경우, 상기 금속 배선은 200 내지 300℃의 고온 플라즈마 식각법을 사용하며, 실리콘 클로라이드(SiCl4) 가스와 질소(N2) 가스를 이용한 주 식각 및 과도 식각을 실시하여 형성되며, 이러한 조건에 산소(O2) 플라즈마를 약 5% 이하로 미량 첨가하여 상기 보호막을 인-시튜 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 보호막은 실리콘 산화 질화물(SiON)로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속층 상부 및 하부에 장벽 금속층을 형성하는 것을 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 장벽 금속층은 티타늄 나이트라이드(TiN), 텅스텐 나이트라이드(WN), 티타늄 텅스텐(TiW), 코발트 나이트라이드(CoN), 크롬 나이트라이드(CrN) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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KR1019970077459A KR19990057408A (ko) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
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KR1019970077459A KR19990057408A (ko) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
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KR (1) | KR19990057408A (ko) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030079413A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-10 | 아남반도체 주식회사 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
KR100615437B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2006-08-25 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 배리어층을 가지는 구리 배선의 식각 방법 |
KR100703025B1 (ko) * | 2005-07-05 | 2007-04-06 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치에서 금속 배선 형성 방법. |
KR100831975B1 (ko) * | 2006-11-02 | 2008-05-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 패턴 형성방법 |
-
1997
- 1997-12-29 KR KR1019970077459A patent/KR19990057408A/ko not_active Application Discontinuation
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US7851364B2 (en) | 2006-11-02 | 2010-12-14 | Hynix Semiconductor Inc. | Method for forming pattern in semiconductor device |
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