KR20020010786A - 금속배선의 비아홀 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비아 저항 증가 및 EM 신뢰성 저하를 방지하도록 한 금속배선의 비아홀 형성 방법에 관한 것으로, 반도체기판상에 반사방지막을 포함하는 알루미늄배선을 형성하는 제 1 단계, 상기 알루미늄배선상에 산화막을 형성하는 제 2 단계, 상기 산화막을 선택적으로 식각하여 상기 알루미늄배선이 노출되는 비아홀을 형성하는 제 3 단계, 상기 제 3 단계후 상기 비아홀의 오정렬로 인해 일부 노출되는 상기 반사방지막 및 알루미늄배선을 소정 두께만큼 식각하는 제 4 단계, 상기 제 4 단계의 결과물상에 접착층을 형성하는 제 5 단계, 상기 접착층상에 상기 비아홀을 매립하는 비아플러그를 형성하는 제 6 단계, 상기 제 6 단계의 결과물을 열처리하여 상기 알루미늄배선과 접착층의 계면에 상기 열처리에 의한 반응물을 형성하는 제 7 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 오정렬 비아 플러그 (Misaligned via plug)로 인한 비아(Via)의 저항증가를 방지하도록 한 금속배선의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정에서 소자간의 전기적 연결을 위해 금속을 사용하는데, 이러한 금속은 실제로 소자와의 전기적 연결에 사용되는 금속부분만을 남기고 나머지 부분이 제거시킴으로써 금속배선이 형성된다. 그리고, 상기 금속배선은 상부의 다른 금속배선과의 연결을 위해 다층의 층간절연막이 적층되고, 상기 다층의 층간절연막 상에 금속배선을 노출시키는 비아홀(Via hole)을 형성하므로써 상부의 다른 금속배선과의 연결을 위한 통로가 형성된다.
최근에, 0.25㎛급 이상의 고집적 반도체 소자의 제조공정시 오정렬 비아 플러그가 발생하는데, 이는 소자의 집적도가 증가하여 금속라인의 증착시 비아홀의 측면 및 끝부분에 오버랩마진(Overlap margin)이 감소하기 때문이다.
도 1a는 종래기술에 따른 금속배선의 비아홀 형성 방법을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a에 따른 오정렬 비아 플러그를 도시한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반사방지막(Anti Reflective Coating; ARC)(13)을 포함한 알루미늄배선(12)이 형성된 반도체기판(11)상에 산화막(14)을 형성한 후, 상기 산화막(14)을 선택적으로 식각하여 하부의 알루미늄배선(12)을 노출시키는 비아홀을 형성한다. 이 때, 비아홀의 오정렬로 인해 상기 알루미늄배선(12)의 일측이 노출된다. 이어 상기 비아홀에 티타늄/티타늄나이트라이드(15), 텅스텐(16)의 적층막으로 이루어진 비아플러그를 형성한다.
상술한 것처럼, 비아플러그의 오정렬로 인해 알루미늄배선과의 접촉면적이 감소하게 된다(도 1b 참조).
도 2에 도시된 바와 같이, 비아플러그의 오정렬정도가 증가할수록 비아 저항이 증가함을 알 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 접촉면적이 감소함에 따라 일렉트로마이그레이션 (Electromigration; EM) 신뢰성이 감소함을 알 수 있다.
상술한 종래기술에 의하면, 오정렬에 따른 접촉면적이 감소하기 때문에 비아저항이 증가하고 EM 신뢰성이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비아홀에 형성되는 금속의 접촉면적을 증가시켜 비아저항 증가 및 EM 신뢰성 감소를 방지하는데 적합한 금속배선의 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 비아홀 형성 방법을 도시한 도면,
도 1b는 도 1a에 따라 형성된 오정렬 비아플러그를 도시한 도면,
도 2는 종래기술에 따른 오정렬 정도가 증가함에 따른 비아저항의 증가를 나타낸 도면,
도 3은 종래기술에 따른 비아플러그의 EM 신뢰성 감소를 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 금속배선의 비아홀 형성 방법을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21 : 반도체기판 22 : 금속배선
23 : 반사방지막 24 : 산화막
25 : 비아홀 27 : 접착층
28 : 비아플러그 29 : TiAl3
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속배선 형성 방법은 반도체기판상에 반사방지막을 포함하는 알루미늄배선을 형성하는 제 1 단계, 상기 알루미늄배선상에 산화막을 형성하는 제 2 단계, 상기 산화막을 선택적으로 식각하여 상기 알루미늄배선이 노출되는 비아홀을 형성하는 제 3 단계, 상기 제 3 단계후 상기 비아홀의 오정렬로 인해 일부 노출되는 상기 반사방지막 및 알루미늄배선을 소정 두께만큼 식각하는 제 4 단계, 상기 제 4 단계의 결과물상에 접착층을 형성하는 제 5 단계, 상기 접착층상에 상기 비아홀을 매립하는 비아플러그를 형성하는 제 6 단계, 상기 제 6 단계의 결과물을 열처리하여 상기 알루미늄배선과 접착층의 계면에 상기 열처리에 의한 반응물을 형성하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 금속배선의 비아홀 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 소정공정이 완료된 반도체기판(21)상에 금속배선용 알루미늄(Al), 반사방지막(Anti Reflective Coating layer; ARC)을 형성한 다음, 금속배선 마스크(도시 생략)를 이용하여 상기 반사방지막 및 금속을 선택적으로 식각하여 반사방지막(23)이 적층된 금속배선(22)을 형성한다.
이어 상기 금속배선(22)을 포함한 반도체 기판(21)의 전면에 산화막(24)을 형성한 다음, 비아마스크(Via mask)를 이용하여 상기 산화막(24)을 선택적으로 식각하여 하부의 금속배선(22)을 노출시키는 비아홀(25)을 형성한다. 이 때, 상기 산화막(24)의 식각으로 형성되는 비아홀(25)은 오정렬된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 후속 비아 플러그 형성시 접촉면적을 증가시키기 위해 상기 반사방지막(23)을 식각하는데, 상기 비아홀 식각후 노출된 반사방지막 및 하부의 금속배선을 소정두께만큼 식각한다(26).
도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 금속배선을 포함한 비아홀(25)에 접착층(Glue layer)(27)으로서 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)를 형성한 다음, 상기 티타늄/티타늄나이트라이드를 선택적으로 식각하여 비아홀(25)에만 형성되도록 한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 접착층상에 비아플러그(28)로서 텅스텐을 형성하여 비아홀을 매립한다. 이어 열처리를 실시하여 상기 접착층인 티타늄(Ti)과 하부의 금속배선인 알루미늄(Al)과의 반응으로 인해 계면에 TiAl3(29)이 형성한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예는 비아홀 식각후 금속배선 및 반사방지막을 소정 두께만큼 식각하여, 후속 비아플러그 형성시 접촉면적을 증가시키며, 비아플러그 형성후 열처리를 실시하여 금속배선과 비아플러그의 계면에 TiAl3를 형성하여, 금속배선인 알루미늄의 EM 신뢰성을 증가시킨다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 금속배선의 비아홀 형성 방법은 오정렬 비아홀 식각후 드러난 금속배선을 소정두께만큼 식각하여 후속 비아플러그의 접촉면적을 증가시키므로써 비아플러그의 저항 증가를 방지할 수 있으며, 비아플러그와 금속배선의 계면에 TiAl3를 형성하므로써 금속배선의 EM 신뢰성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 반도체소자의 비아홀 형성 방법에 있어서,반도체기판상에 반사방지막을 포함하는 알루미늄배선을 형성하는 제 1 단계;상기 알루미늄배선상에 산화막을 형성하는 제 2 단계;상기 산화막을 선택적으로 식각하여 상기 알루미늄배선이 노출되는 비아홀을 형성하는 제 3 단계;상기 제 3 단계후 상기 비아홀의 오정렬로 인해 일부 노출되는 상기 반사방지막 및 알루미늄배선을 소정 두께만큼 식각하는 제 4 단계;상기 제 4 단계의 결과물상에 접착층을 형성하는 제 5 단계;상기 접착층상에 상기 비아홀을 매립하는 비아플러그를 형성하는 제 6 단계:상기 제 6 단계의 결과물을 열처리하여 상기 알루미늄배선과 접착층의 계면에 상기 열처리에 의한 반응물을 형성하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 금속배선의 비아홀 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 5 단계에서,상기 접착층은 티타늄과 티타늄나이트라이드의 적층막인 것을 특징으로 하는 금속배선의 비아홀 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 6 단계에서,상기 바이플러그는 텅스텐을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선의 비아홀 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 7 단계에서,상기 열처리에 의한 반응물은 TiAl3인 것을 특징으로 하는 금속배선의 비아홀 형성 방법.
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