KR19990073668A - 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조 - Google Patents

Abstract

반도체 소자의 내부 연결을 위한 텅스텐 플러그를 CMP에 의해 형성한 다음 포토리소그래피 공정에 의해 금속 패턴을 형성할 경우 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조에 관한 것으로, 각 마스크 정렬 마크의 패턴 사이 홈에 폭이 1 μm 인 직사각형의 보조 패턴 2개를 연속하여 배열함으로써, CMP 공정시 마스크 정렬 마크 각 부위에서의 연마 패드와의 접촉면 밀도를 비슷하게 하여 CMP 공정에 의한 마스크 정렬 마크의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 보조 패턴에 의해 각 정렬 마크 패턴 사이의 홈 부분에서 광의 밝기를 상대적으로 낮춤으로써 마스크 정렬의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조

본 발명은 포토리소그래피 공정에서 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 내부 연결을 위한 텅스텐 플러그를 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing ; 이하 CMP라 한다)에 의해 형성한 다음 포토리소그래피 공정에 의해 금속 패턴을 형성할 경우 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 절연막에 의해 절연된 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막 간의 내부 연결 물질로서 콘택트 홀에서 양호한 스텝 커버리지(step coverage)를 갖는 텅스텐 플러그를 반도체 소자에 적용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 종래의 에치백 공정에서는 콘택트 홀에 텅스텐이 원활히 매입되게 하기 위하여 텅스텐 막의 하부에 티타늄(Ti)이나 질화 티타늄(TiN)막과 같은 글로층을 증착한다. 이러한 글로층은 텅스텐 막보다 식각율이 낮기 때문에 글로층을 식각하는 동안 텅스텐 막이 더 식각되어 텅스텐 플러그가 움푹 들어가는 문제가 발생하여 후속 공정에서 금속막을 연결하고자 할 때 단락과 공정상의 어려움이 발생하게 된다.

이와 같이 콘택트 홀에 형성되는 텅스텐 플러그가 움푹 들어가는 것을 방지하기 위하여 텅스텐 막을 증착한 다음 에치백이 아닌 CMP 공정을 통해 연마함으로써 텅스텐 플러그를 제조한다.

또한, 텅스텐 플러그를 제조하고 금속막을 도포한 후, 정확한 금속 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래피 공정을 수행할 때 마스크 정렬을 위해서 주로 광대역 파장의 광을 사용하는 센서를 이용하는 데, 이때 사용되는 마스크 정렬 마크는 콘택트 홀을 형성함과 동시에 웨이퍼 상에 소자가 형성되지 않는 비 유효영역에 다수의 등간격 라인 패턴을 형성하여 사용한다.

그러면, 마스크 정렬 마크를 종래와 같이 다수의 등간격 라인 패턴으로 형성한 경우 CMP 공정을 적용하여 텅스텐 플러그를 제조할 경우 발생되는 문제점을 텅스텐 플러그 제조 공정에 따라 첨부된 도 1a ∼ 도 1e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막을 절연하기 위한 절연막(1)이 증착된 웨이퍼 상의 소자가 형성되는 유효영역(A1)에 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막을 내부적으로 연결하기 위한 텅스텐 플러그를 형성하기 위하여 도 1a에서와 같이 유효영역(A1)에 콘택트 홀을 형성한다. 이와 동시에 웨이퍼 상에 소자가 형성되지 않는 비 유효영역(B1)에 마스크 정렬을 위한 다수의 등간격 라인 패턴을 이용하여 마스크 정렬 마크를 형성한다.

그 다음, 절연막(1) 전면에 콘택트 홀에 텅스텐이 원활히 매입되게 하기 위하여 티타늄(Ti)이나 질화 티타늄(TiN)막과 같은 글로층을 증착(미 도시)하고, CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 텅스텐 막(2)을 증착하여 도 1b에서와 같이 유효영역(A1)에 형성된 콘택트 홀을 메운다.

이후, 도 1c에서와 같이 증착된 텅스텐 막(2)을 CMP 공정을 통해 연마하여 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막을 내부적으로 연결하기 위한 텅스텐 플러그를 형성한다. 이때, 비 유효영역(B1)에 형성된 마스크 정렬 마크에서는 CMP 공정에 의한 연마 패드와의 접촉면이 마스크 정렬 마크 중앙부가 상대적으로 주변부 보다 낮아 중앙부의 제거율이 높기 때문에 CMP 공정이 끝나면 도 1c에서와 같이 중앙부만 심하게 연마되어 마스크 정렬 마크가 훼손된다.

이후, 도 1d에서와 같이 절연막(1) 상부 전면에 스퍼터링과 같은 방법에 의해 알루미늄과 같은 금속막(3)을 증착한 후, 도 1e에서와 같이 포토리소그래피 공정에 의해 유효영역(A1)에 금속 패턴(3)을 형성하고자 할 경우 CMP 공정에 의해 도 1c에서와 같이 마스크 정렬의 기준이 되어야할 마스크 정렬 마크가 훼손되어 정확한 마스크 정렬이 불가능해진다. 따라서, 정확한 금속 패턴을 형성하지 못하기 때문에 소자의 내부적 연결이 단락 또는 쇼트 되어 소자의 수율을 감소시킬 뿐만 아니라 마스크 정렬 마크의 훼손이 심할 경우 이후 공정을 수행하지 못하는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 텅스텐 플러그를 CMP를 이용하여 제조할 경우 마스크 정렬 마크의 훼손을 방지하는 데 있다.

도 1a 내지 도 1e는 화학적 기계적 연마를 이용한 텅스텐 플러그 형성 공정에 따라 일반적인 마스크 정렬 마크의 변화를 도시한 단면도이고,

도 2a와 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조를 도시한 것으로, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 10부분을 확대하여 도시한 평면도 및 단면도이고,

도 3a 내지 도 3e는 화학적 기계적 연마를 이용한 텅스텐 플러그 형성 공정에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 정렬을 위한 정렬 마크의 변화를 도시한 단면도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 소자의 내부 연결을 위한 텅스텐 플러그를 CMP 공정을 이용하여 제조한 다음, 금속막 증착 후 정확한 금속 패턴을 형성하기 위한 마스크 정렬 마크에서, 각 정렬 마크 패턴 사이의 홈에 보조 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 보조 패턴은 정렬 마크 패턴과 같은 직사각형의 연속 패턴으로 2개 이상 배열하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

텅스텐 플러그를 CMP 공정에 의해 제조할 경우 이후 공정인 금속막 증착 후 포토리소그래피 공정에 의해 금속 패턴을 형성하기 위한 마스크 정렬 마크를 도 2a에서와 같이 폭이 6 μm 이고, 길이가 35 μm 이며, 각 패턴 사이의 간격이 6 μm 인 다수의 직사각형 라인 패턴으로 형성하되, 각 라인 패턴 사이의 홈에 도 2b에서와 같이 길이가 동일하며, 폭이 1 μm 인 직사각형의 보조 라인 패턴을 1 μm 의 간격으로 2개를 연속 배열하여 CMP 공정중 연마 패드와의 접촉면 밀도를 높여 주변부와의 제거율을 비슷하게 함으로써 CMP 공정에 의한 마스크 정렬 마크의 훼손을 방지한다.

이때, 각 라인 패턴 사이의 홈에 형성하는 직사각형의 보조 라인 패턴은 상기에서 폭이 1 μm 인 보조 라인 패턴 2개를 연속 배열하였지만, 이와 유사하게 0.5 ∼ 2 μm 인 폭으로 2개 이상을 적정하게 연속하여 배열하여도 된다.

그러면, 이와 같은 보조 라인 패턴으로 마스크 정렬 마크를 형성하여 CMP 공정을 이용하여 텅스텐 플러그를 제조할 경우의 마스크 정렬 마크의 변화를 텅스텐 플러그 제조 공정에 따라 첨부된 도 3a ∼ 도 3e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막을 절연하기 위한 절연막(11)이 증착된 웨이퍼 상의 소자가 형성되는 유효영역(A1)에 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막을 내부적으로 연결하기 위한 텅스텐 플러그를 형성하기 위하여 도 3a에서와 같이 유효영역(A11)에 콘택트 홀을 형성한다. 이와 동시에 웨이퍼 상에 소자가 형성되지 않는 비 유효영역(B11)에 도 2a에서와 같이 마스크 정렬을 위한 다수의 직사각형 라인 패턴을 이용하여 마스크 정렬 마크를 형성한다. 이때, 각 라인 패턴 사이의 홈에는 도 2b에서와 같이 길이는 라인 패턴과 동일하며, 폭이 1 μm 이고, 패턴 사이의 간격이 1 μm 인 직사각형의 보조 라인 패턴 2개를 연속 배열한다. 물론, 보조 라인 패턴은 이와 유사하게 폭이 0.5 ∼ 2 μm 정도인 라인 패턴을 2개 이상 적정하게 연속 배열할 수도 있다.

그 다음, 절연막(11) 전면에 콘택트 홀에 텅스텐이 원활히 매입되게 하기 위하여 티타늄(Ti)이나 질화 티타늄(TiN)막과 같은 글로층을 증착(미 도시)하고, CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 텅스텐 막(12)을 증착하여 도 3b에서와 같이 유효영역(A11)에 형성된 콘택트 홀을 메운다.

이후, 도 3c에서와 같이 증착된 텅스텐 막(12)을 CMP 공정을 통해 연마하여 실리콘과 금속막 또는 금속막과 금속막을 내부적으로 연결하기 위한 텅스텐 플러그를 형성한다. 이때, 비 유효영역(B11)에 형성된 마스크 정렬 마크에서는 CMP 공정에 의한 연마 패드와의 접촉면 밀도가 마스크 정렬 마크 중앙부가 주변부 보다 상대적으로 낮은 종래와는 달리 각 패턴 사이의 보조 라인 패턴에 의해 연마 패드와의 접촉면 밀도가 증가하여 주변부와 비슷하게 된다. 따라서, CMP 공정에 의해 마스크 정렬 마크의 중앙부가 연마되어 제거되는 비율이 감소되어 CMP 공정에 의한 마스크 정렬 마크의 훼손을 방지한다.

이후, 도 3d에서와 같이 절연막(11) 상부 전면에 스퍼터링과 같은 방법에 의해 알루미늄과 같은 금속막(3)을 증착한 후, 도 3e에서와 같이 광대역 파장의 광을 사용하는 센서를 이용하여 마스크 정렬을 위한 기준이 되는 비 유효영역(B11)의 마스크 정렬 마크를 확인하여 정확한 마스크 정렬을 한 뒤, 포토리소그래피 공정에 의해 유효영역(A11)의 금속막(13)을 패터닝하여 형성하고자 하는 정확한 금속 패턴을 형성한다. 이때, 보조 라인 패턴에 의해 각 라인 패턴 사이의 홈 부분에서 광의 상대적 밝기(intensity)가 낮아서 광 센서에 의한 마스크 정렬의 정밀도도 향상되어 마스크 정렬의 오차가 감소한다.

이와 같이 본 발명은 텅스텐 플러그를 CMP 공정을 이용하여 제조한 다음, 금속막을 도포하고 포토리소그래피 공정에 의해 금속 패턴을 형성할 경우 마스크 정렬을 위한 정렬 마크를 각 마크 패턴 사이의 홈에 보조 패턴을 형성한 구조로 함으로써 CMP 공정에 의한 마스크 정렬 마크의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 보조 패턴에 의해 각 정렬 마크 패턴 사이의 홈 부분에서 광의 밝기를 상대적으로 낮춤으로써 마스크 정렬의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 반도체 소자의 내부 연결을 위한 텅스텐 플러그를 CMP 공정을 이용하여 제조한 다음, 금속막 증착 후 정확한 금속 패턴을 형성하기 위한 마스크 정렬 마크에 있어서,

   각 정렬 마크 패턴의 사이 홈 위치에 보조 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 패턴은 정렬 마크 패턴과 같은 직사각형의 연속 패턴으로 하는 것을 특징으로 하는 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 보조 패턴은 연속 2개 이상 배열하는 것을 특징으로 하는 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조.
4. 청구항 1 내지 3에 있어서, 상기 보조 패턴의 폭은 0.5 ∼ 2 μm 정도로 하는 것을 특징으로 하는 마스크 정렬을 위한 정렬 마크 패턴 구조.