KR20000043911A - 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 알루미늄(Al) 금속 배선 형성 공정 중 포토리소그라피 공정 시에 알루미늄층의 반사도를 억제하기 위해 그 상부에 형성되는 타이타늄나이트라이드(TiN) 반사 방지막이 국부적인 응력 집중에 의해 깨지거나 막 자체의 균일도가 떨어지거나 하는 여러 가지 이유로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막에 취약한 부위가 발생하여 포토레지스트막의 현상 시에 그 부위로 식각제가 침투되어 알루미늄층이 부식(corrosion)되고, 부식된 알루미늄 부위가 이온이 제거된 순수(deionized water)를 이용한 헴굼(DI rinse) 과정에서 산화되어 Al2O3산화 부산물이 생성되며, 이 산화 부산물로 인하여 알루미늄 금속 배선의 패턴 결함(ring defect)이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 알루미늄층과 타이타늄나이트라이드 반사 방지막 사이에 산화방지막으로 Al2O3막이나 TiAl3막을 형성하므로써, 금속 배선간 브릿지 페일(bridge fail)을 방지할 수 있어 금속 배선 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관하여 기술된다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄(Al) 금속 배선 형성을 위한 포토리소그라피(photolithography) 공정중 현상 공정 후에 이온이 제거된 순수(deionized water)를 이용한 헴굼(DI rinse) 과정에서 알루미늄층에 국부적으로 발생하는 Al2O3산화 부산물의 생성을 방지하기 위해, 알루미늄층과 반사 방지막 사이에 산화방지막을 형성하므로써, 금속 배선간 브릿지 페일(bridge fail)을 방지할 수 있어 금속 배선 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정 중 소자와 소자 또는 배선과 배선 사이를 연결하기 위하여, 금속 배선 형성 공정을 실시하게 된다. 금속 배선의 재료로 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등 여러 가지 금속을 적용하고 있으며, 이들 금속 중에 알루미늄이 비교적 널리 적용되고 있다.
기존의 알루미늄 금속 배선 형성 공정을 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 기판(11)이 제공되고, 기판(11) 상에 콘택홀(도시 안음)을 갖는 층간 절연막(12)을 형성한다. 층간 절연막(12) 상에 알루미늄층(13)을 형성한 후, 금속 배선을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정 시에 알루미늄층(13)의 반사도를 억제하기 위하여 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(TiN anti-reflection coating; 14)을 알루미늄층(13) 상에 형성한다.
상기에서, 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(14)은 막 자체의 균일도가 떨어지거나 국부적인 응력 집중에 의해 깨져 크랙(crack; 14A)이 발생하는 등 여러 가지 이유로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(14)에 취약한 부위가 발생하게 된다.
도 1b를 참조하면, 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(14)상에 포토레지스트 도포(coating) 및 현상(develop) 공정으로 포토레지스트막 패턴(15)을 형성한다.
상기에서, 포토레지스트막 패턴(15) 형성을 위한 현상 공정 시에 사용되는 식각제(etchant)가 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(14)의 크랙(14A)과 같은 취약 부위로 침투되어 알루미늄층(13)을 부식(corrosion)시키고, 부식된 알루미늄층(13) 부위가 이온이 제거된 순수(deionized water)를 이용한 헴굼(DI rinse) 과정에서 산화되어 Al2O3산화 부산물(16)을 생성시킨다.
도 1c를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(15)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(14) 및 알루미늄층(15)을 식각 하여 알루미늄 금속 배선(130)을 형성한다.
상기에서, 식각 공정시 Al2O3산화 부산물(16)이 식각 마스크로 작용하여 그 하부의 알루미늄층(13)의 식각을 방해하므로 인하여 알루미늄 금속 배선의 패턴 결함(ring defect; 160)을 발생시킨다. 이러한 패턴 결함(160)은 금속 배선 신뢰도 및 수율을 저하시키는 요인으로 작용할 뿐만 아니라, 심할 경우 도 1c의 평면을 도시한 도 2에 나타난 바와 같이, 이웃하는 알루미늄 금속 배선(130)이 전기적으로 연결되는 브릿지 페일(bridge fail)을 유발시켜 소자의 재처리(back-end) 공정을 해야하는 등 생산성 저하 및 경제적인 손실을 끼치게 된다.
따라서, 본 발명은 알루미늄 금속 배선 형성 공정시 알루미늄층에 국부적으로 발생하는 Al2O3산화 부산물로 인한 패턴 결함 요인을 제거하여, 금속 배선 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법은 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판이 제공되고, 그 상부에 알루미늄층을 형성하는 단계; 상기 알루미늄층 상에 Al2O3산화 방지막을 형성하는 단계; 상기 Al2O3산화 방지막 상에 반사 방지막을 형성하는 단계; 및 상기 반사 방지막 상에 포토레지스트막 패턴을 형성한 후, 식각 공정으로 알루미늄 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법은 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판이 제공되고, 그 상부에 알루미늄층을 형성하는 단계; 상기 알루미늄층 상에 타이타늄막을 형성하는 단계; 상기 타이타늄막 상에 타이타늄나이트라이드 반사 방지막을 형성하는 단계; 열처리 공정을 실시하여 상기 알루미늄층과 상기 타이타늄막 사이의 계면에 TiAl3산화 방지막을 형성하는 단계; 및 상기 타이타늄나이트라이드 반사 방지막 상에 포토레지스트막 패턴을 형성한 후, 식각 공정으로 알루미늄 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 2는 도 1c의 평면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11, 31, 41: 기판 12, 32, 42: 층간 절연막
13, 33, 43: 알루미늄층 14, 34, 44: TiN 반사 방지막
14A, 34A, 44A: 크랙 15, 35, 45: 포토레지스트막 패턴
16: 산화 부산물 130, 330, 430: 알루미늄 금속 배선
160: 패턴 결함 300: Al2O3산화 방지막
40: Ti 막 400: TiAl3산화 방지막
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소 예를 들어, 트랜지스터, 캐패시터, 하부 금속 배선 등이 형성된 구조의 기판(31)이 제공되고, 기판(31) 상에 콘택홀(도시 안음)을 갖는 층간 절연막(32)을 형성한다. 층간 절연막(32) 상에 알루미늄층(33)을 형성하고, 알루미늄층(33) 상에 Al2O3산화 방지막(300)을 형성한다.
상기에서, Al2O3산화 방지막(300)은 후속 포토레지스트막 현상 공정시 식각제의 침투로 인한 알루미늄층(33)의 산화를 방지하는 역할을 하며, O2-플라즈마법, 퍼니스 어닐(furnace anneal)법, 진공 브레이크(vacuum break)법, 산소 분위기 열처리법, 급속 열처리(RTP)법 등을 이용하여 30 내지 200Å의 두께로 형성한다.
도 3b를 참조하면, 금속 배선을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정시에 알루미늄층(33)의 반사도를 억제하기 위하여 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34)을 알루미늄층(33) 상에 형성한다. 이때 사용된 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34)은 막 자체의 균일도가 떨어지거나 국부적인 응력 집중에 의해 깨져 크랙(34A)이 발생하는 등 여러 가지 이유로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34)에 취약한 부위가 발생하게 된다. 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34)상에 포토레지스트 도포 및 현상 공정으로 포토레지스트막 패턴(35)을 형성한다.
상기에서, 포토레지스트막 패턴(35) 형성을 위한 현상 공정시 식각제를 사용하는데, 이 식각제는 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34)의 크랙(34A)과 같은 취약 부위로 침투되지만, Al2O3산화 방지막(300)에 의해 알루미늄층(33)까지 침투되는 것이 방지되고, 이로 인하여 후속 이온이 제거된 순수를 이용한 헴굼(DI rinse) 과정에서 알루미늄층(33)의 표면이 산화되지 않는다.
도 3c를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(35)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34), Al2O3산화 방지막(300) 및 알루미늄층(35)을 식각 하여 알루미늄 금속 배선(330)을 형성한다.
상기한 본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 알루미늄층(33)과 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(34) 사이에 Al2O3산화 방지막(300)을 형성하므로, 기존의 공정에서 알루미늄층상에 국부적으로 산화 부산물이 발생하므로 인한 패턴 결함의 제거되어 소자에서 원하는 양호한 형상(profile)의 알루미늄 금속 배선(330)을 얻을 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소 예를 들어, 트랜지스터, 캐패시터, 하부 금속 배선 등이 형성된 구조의 기판(41)이 제공되고, 기판(41) 상에 콘택홀(도시 안음)을 갖는 층간 절연막(42)을 형성한다. 층간 절연막(42) 상에 알루미늄층(43)을 형성하고, 알루미늄층(43) 상에 타이타늄(Ti)막(40)을 형성한다. 금속 배선을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정시에 알루미늄층(43)의 반사도를 억제하기 위하여 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44)을 타이타늄막(40) 상에 형성한다.
상기에서, 타이타늄막(40)은 후속 포토레지스트막 현상 공정시 식각제의 침투로 인한 알루미늄층(43)의 산화를 방지하는 역할을 할 산화 방지막 형성용 반응 물질로 사용되며, 물리기상증착(PVD)법, 화학기상증착(CVD)법, 이온 금속 플라즈마(IMP)법 등을 이용하여 얇은 두께로 형성한다. 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44)은 막 자체의 균일도가 떨어지거나 국부적인 응력 집중에 의해 깨져 크랙(44A)이 발생하는 등 여러 가지 이유로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44)에 취약한 부위가 발생하게 된다.
도 4b를 참조하면, 열처리 공정을 실시하여 알루미늄층(43)과 타이타늄막(4) 사이의 계면에 TiAl3산화 방지막(400)을 형성한다.
상기에서, 열처리 공정은 300 내지 900℃의 온도와 O2및/또는 N2가스 분위기에서 퍼니스 어닐법 또는 급속 열처리법으로 알루미늄층(43)의 Al과 타이타늄막(40)의 Ti를 반응시켜, TiAl3산화 방지막(400)이 30 내지 200Å의 두께로 형성되도록 한다. TiAl3산화 방지막(400)은 후속 포토레지스트막 현상 공정시 식각제의 침투로 인한 알루미늄층(43)의 산화를 방지하는 역할을 한다.
도 4c를 참조하면, 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44)상에 포토레지스트 도포 및 현상 공정으로 포토레지스트막 패턴(45)을 형성한다.
상기에서, 포토레지스트막 패턴(45) 형성을 위한 현상 공정시 식각제를 사용하는데, 이 식각제는 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44)의 크랙(44A)과 같은 취약 부위로 침투되지만, TiAl3산화 방지막(400)에 의해 알루미늄층(43)까지 침투되는 것이 방지되고, 이로 인하여 후속 이온이 제거된 순수를 이용한 헴굼(DI rinse) 과정에서 알루미늄층(43)의 표면이 산화되지 않는다.
도 4d를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(45)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44), 반응되지 않은 타이타늄막(40), TiAl3산화 방지막(400) 및 알루미늄층(45)을 식각 하여 알루미늄 금속 배선(430)을 형성한다.
상기한 본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 알루미늄층(43)과 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44) 사이에 TiAl3산화 방지막(400)을 형성하므로, 기존의 공정에서 알루미늄층상에 국부적으로 산화 부산물이 발생하므로 인한 패턴 결함의 제거되어 소자에서 원하는 양호한 형상(profile)의 알루미늄 금속 배선(430)을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에서는 TiAl3산화 방지막(400)을 형성하기 위해 알루미늄층(43)과 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44) 사이에 타이타늄막(40)을 형성한 후, 열처리 공정을 실시하였지만, 타이타늄막(40)을 형성하지 않고 열처리 공정을 실시하여 알루미늄층(43)의 Al과 타이타늄나이트라이드 반사 방지막(44)의 Ti를 반응시켜 TiAl3산화 방지막(400)을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 알루미늄 금속 배선 형성 공정시 알루미늄층과 반사 방지막 사이에 산화 방지막을 형성하여 금속 배선 형성을 위한 포토리소그라피 공정중에 알루미늄층에 국부적으로 Al2O3산화 부산물의 발생으로 인한 패턴 결함 요인을 제거하므로써, 금속 배선 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판이 제공되고, 그 상부에 알루미늄층을 형성하는 단계;상기 알루미늄층 상에 Al2O3산화 방지막을 형성하는 단계;상기 Al2O3산화 방지막 상에 반사 방지막을 형성하는 단계; 및상기 반사 방지막 상에 포토레지스트막 패턴을 형성한 후, 식각 공정으로 알루미늄 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 Al2O3산화 방지막은 O2-플라즈마법, 퍼니스 어닐법, 진공 브레이크법, 산소 분위기 열처리법 및 급속 열처리법 중 어느 하나의 방법으로 30 내지 200Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사 방지막은 타이타늄나이트라이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법,
- 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판이 제공되고, 그 상부에 알루미늄층을 형성하는 단계;상기 알루미늄층 상에 타이타늄막을 형성하는 단계;상기 타이타늄막 상에 타이타늄나이트라이드 반사 방지막을 형성하는 단계;열처리 공정을 실시하여 상기 알루미늄층과 상기 타이타늄막 사이의 계면에 TiAl3산화 방지막을 형성하는 단계; 및상기 타이타늄나이트라이드 반사 방지막 상에 포토레지스트막 패턴을 형성한 후, 식각 공정으로 알루미늄 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 타이타늄막은 물리기상증착법, 화학기상증착법, 이온 금속 플라즈마법 중 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 TiAl3산화 방지막은 300 내지 900℃의 온도와 O2및/또는 N2가스 분위기에서 퍼니스 어닐법 및 급속 열처리법 중 어느 하나의 방법으로 상기 알루미늄층의 Al과 상기 타이타늄막의 Ti를 반응시켜 30 내지 200Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100752170B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-08-27 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 패턴 쓰러짐 현상을 개선한 금속 배선 형성 방법 |
| KR100800666B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2008-02-01 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 ｍｉｍ 구조 형성 방법 |
| KR100940417B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2010-02-02 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
| KR100953344B1 (ko) * | 2007-12-27 | 2010-04-20 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 금속 배선의 보이드 억제 방법 |
-
1998
- 1998-12-29 KR KR1019980060349A patent/KR20000043911A/ko not_active Application Discontinuation
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