KR20020096467A - 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

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KR20020096467A
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Abstract

본 발명은 콘택홀 형성시 적은 폴리머를 형성하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 트랜지스터를 구비한 반도체 기판에 있어서, 상기 결과물을 포함한 기판에 제 1 절연막을 형성한 후, 상기 기판이 소정부분 노출되도록 제 1 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 제 1 콘택홀에 제 1 도전층을 매립하는 단계와, 상기 결과물상부에 스톱층을 500∼800Å 두께로 증착하고, 상기 스톱층상에 제 2 절연막을 2000∼4000Å 두께로 증착하는 단계와, 상기 제 1 절연막 및 제 1 도전층이 소정부분 노출되도록 상기 제 2 절연막과 스톱층을 선택적으로 식각하여 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 제 2 콘택홀내에 제 2 도전층을 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법{a method for manufacturing semiconductor device using damascene}
본 발명은 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 콘택홀 형성시 적은 폴리머(Lower Polymerization)를 형성하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 알루미늄과 그 합금박막은 전기 전도도가 높고 건식식각에 의한 패턴형성이 우수하며, 실리콘 산화막과의 접착성이 우수한 동시에 비교적 가격이 저렴하여 반도체 회로의 배선 재료로서 널리 사용되어 왔다.
그러나 집적회로의 집적도가 증가함에 따라 반도체 메모리 장치의 경우 단위 셀이 차지하는 면적도 점차 축소되어 결과적으로 셀 내에 배선을 형성할 수 있는 영역의 감소를 초래한다.
따라서, 스피드 향상 및 그 유지를 위해서 구리 배선을 사용하게 되었으나 현재까지는 구리를 직접 식각(direct etch)할 수 없으므로 다마신(damascene) 구조를 형성한 후, CMP 공정을 이용하여 배선을 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이 0.18㎛ FCMOS SRAM에서 싱글 다마신(Single Damascene)을 사용할 경우, 반도체 기판(10)에 게이트 절연막(도면에 도시하지 않았음)을 구비한 게이트 전극(11)을 형성한 후, 상기 게이트 전극(11) 측벽에 스페이서(12)를 형성한다.
그리고 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(11) 및 스페이서(12)를 마스크로 이용하여 불순물 이온주입 공정을 통해 상기 게이트 전극(11) 양측의 기판(10)에 소오스/드레인 전극을 형성한다.
이어, 상기 게이트 전극(11)을 포함한 기판(10) 전면에 제 1 평탄화용 절연막(13)을 형성한 후, 상기 기판(10) 표면이 소정부분 노출되도록 제 1 콘택홀(14)을 형성한다.
도 1b에 도시한 바와 같이 상기 제 1 콘택홀(14)을 포함한 제 1 평탄화용 절연막(13)상에 제 1 도전층(15)을 증착하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(14)내에 매립한다. 이때, 상기 제 1 도전층(15)은 텅스텐이다.
이어, 상기 제 1 도전층(15)을 포함한 제 1 평탄화용 절연막(13)상에 스톱층(16)을 형성하고, 상기 스톱층(16)상에 제 1 절연막(17)을 형성한 후, 상기 제 1 절연막(17)상에 제 1 포토레지스트(18)를 증착한다. 이때, 상기 스톱층(16)은 산화질화막(Oxynitride)이고, 두께는 300Å이다.
한편, 상기 스톱층(16)은 후 공정에서 형성될 제 2 콘택홀 형성시 절연막이 오버 에치에 대한 스톱층으로 사용되므로 높은 선택비가 요구된다.
그리고 상기 제 1 포토레지스트(18)를 노광 및 현상공정을 이용하여 선택적으로 패터닝한다.
도 1c에 도시한 바와 같이 상기 패터닝된 제 1 포토레지스트(18)를 마스크로 이용하여 상기 제 1 절연막(17)을 선택적으로 식각하여 제 2 콘택홀(19)을 형성한다.
여기서, 상기 제 2 콘택홀(19) 형성시 많은 폴리머(polymer)가 발생된다.
그리고 상기 제 1 평탄화용 절연막(13)이 노출되도록 상기 스톱층(16)을 선택적으로 식각시 상기 많은 폴리머가 베리어층으로 사용되어 언에치(unetch)될 수 있다.
또한, 상기 스톱층(16) 식각전 O2가스를 이용하여 상기 폴리머를 제거할 경우, 상기 제 1 포토레지스트(18)가 사이드(side)로 벌어지는 현상이 일어나 상기 스톱층(16) 식각시 상기 제 1 절연막(17)의 탑부분이 A부분과 같이 손실(loss)되어 계단 모습으로 변형된다.
도 1d에 도시한 바와 같이 상기 제 1 절연막(17)을 포함한 전면에 제 2 도전층(20)을 증착하고, CMP 공정을 이용하여 제 2 콘택홀(19)내에 제 2 도전층(20)을 매립한다.
그러나 상기와 같은 종래의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
콘택홀 형성시 절연막 오버 에치에 대한 스톱층으로 산화 질화막을 300Å을 사용할 경우, 상기 스톱층은 높은 선택비가 요구되어 콘택홀 형성시 많은 폴리머가 발생된다.
즉, 콘택홀 형성시 스톱층을 선택적으로 제거할 때 상기 폴리머가 베리어층으로 사용되어 언에치될 수 있고, 또한 폴리머를 제거한 후 스톱층을 제거할 경우,포토레지스트가 사이드로 벌어지는 현상이 발생되어 절연막의 탑부분이 계단 형태로 변형될 수 있다.
따라서, 후 공정에서 도전층을 콘택홀에 매립할 때 CMP 공정후 도 1d의 B부분과 같이 도전층 브리지(bridge)가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 콘택홀 형성시 스톱층에 대한 선택비를 일정부분 가져가면서 적은 폴리머(Lower Polymerization)를 형성하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 기판 101 : 게이트 전극
102 : 스페이서 103 : 제 1 평탄화용 절연막
104 : 제 1 콘택홀 105 : 제 1 도전층
106 : 스톱층 107 : 제 2 평탄화용 절연막
108 : 포토레지스트 109 : 제 2 콘택홀
110 : 제 2 도전층
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법은 트랜지스터를 구비한 반도체 기판에 있어서, 상기 결과물을 포함한 기판에 제 1 절연막을 형성한 후, 상기 기판이 소정부분 노출되도록 제 1 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 제 1 콘택홀에 제 1 도전층을 매립하는 단계와, 상기 결과물상부에 스톱층을 500∼800Å 두께로 증착하고, 상기 스톱층상에 제 2 절연막을 2000∼4000Å 두께로 증착하는 단계와, 상기 제 1 절연막 및 제 1 도전층이 소정부분 노출되도록 상기 제 2 절연막과 스톱층을 선택적으로 식각하여 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 제 2 콘택홀내에 제 2 도전층을 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스톱층은 산화 질화막을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스톱층은 PE-질화막을 300∼500Å 두께로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 콘택홀 형성시 15∼30sccm C4F8및 3∼10sccm O2가스를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이 0.18㎛ FCMOS SRAM에서 싱글 다마신(Single Damascene)을 사용할 경우, 반도체 기판(100)에 게이트 절연막(도면에 도시하지 않았음)을 구비한 게이트 전극(101)을 형성한 후, 상기 게이트 전극(101) 측벽에 스페이서(102)를 형성한다.
그리고 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(101) 및 스페이서(102)를 마스크로 이용하여 불순물 이온주입 공정을 통해 상기 게이트 전극(101) 양측의 기판(100)에 소오스/드레인 전극을 형성한다.
이어, 상기 게이트 전극(101)을 포함한 기판(100) 전면에 제 1 평탄화용 절연막(103)을 형성한 후, 상기 기판(100) 표면이 소정부분 노출되도록 제 1 콘택홀(104)을 형성한다.
도 2b에 도시한 바와 같이 상기 제 1 콘택홀(104)을 포함한 제 1 평탄화용 절연막(103)상에 제 1 도전층(105)을 증착하고, CMP 공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(104)내에 매립한다. 이때, 상기 제 1 도전층(105)은 텅스텐이다.
이어, 상기 제 1 도전층(105)을 포함한 제 1 평탄화용 절연막(103)상에 스톱층(106)을 형성하고, 상기 스톱층(106)상에 제 2 평탄화용 절연막(107)을 형성한 후, 상기 제 2 평탄화용 절연막(107)상에 제 1 포토레지스트(108)를 증착한다. 이때, 상기 스톱층(106)은 산화질화막(Oxynitride)이고, 두께는 500∼800Å이다. 또한, 상기 스톱층(106)은 PE-질화막이고 두께는 300∼500Å이다.
그리고 상기 제 2 평탄화용 절연막(107)은 산화막이고, 두께는 2000∼4000Å이다.
이어서, 상기 제 1 포토레지스트(108)를 노광 및 현상공정을 이용하여 선택적으로 패터닝한다.
도 2c에 도시한 바와 같이 상기 패터닝된 제 1 포토레지스트(108)를 마스크로 이용하여 상기 제 2 평탄화용 절연막(107)과 스톱층(106)을 선택적으로 식각하여 제 2 콘택홀(109)을 형성한다.
이때, 상기 제 2 콘택홀(109) 형성시 15∼20sccm의 C4F8및 3∼10sccm의 O2가스를 이용하여 적은 폴리머가 발생되도록 한다.
도 2d에 도시한 바와 같이 상기 제 2 평탄화용 절연막(107)을 포함한 전면에 제 2 도전층(110)을 증착하고, CMP 공정을 이용하여 제 2 콘택홀(109)내에 제 2 도전층(110)을 매립한다. 이때, 상기 제 2 도전층(110)은 텅스텐이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 의하면, 종래에 비해 스톱층의 두께를 좀 더 두껍게 증착하고, 마진(margin)을 크게 하기 위해 절연막의 두께를 얇게 증착하므로 스톱층의 선택비를 낮게 하므로 적은 폴리어가 생성되어 콘택홀 형성시 폴리머에 의해 언에치되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 양호한 다마신 구조를 갖는 반도체 소자를 제조할 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 트랜지스터를 구비한 반도체 기판에 있어서,
    상기 결과물을 포함한 기판에 제 1 절연막을 형성한 후, 상기 기판이 소정부분 노출되도록 제 1 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 콘택홀에 제 1 도전층을 매립하는 단계와;
    상기 결과물상부에 스톱층을 500∼800Å 두께로 증착하고, 상기 스톱층상에 제 2 절연막을 2000∼4000Å 두께로 증착하는 단계와;
    상기 제 1 절연막 및 제 1 도전층이 소정부분 노출되도록 상기 제 2 절연막과 스톱층을 선택적으로 식각하여 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 콘택홀내에 제 2 도전층을 매립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스톱층은 산화 질화막을 사용하는 것을 특징으로 하는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스톱층은 PE-질화막을 300∼500Å 두께로 사용하는 것을 특징으로 하는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 콘택홀 형성시 15∼30sccm C4F8및 3∼10sccm O2가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 다마신 구조를 이용한 반도체 소자의 제조방법.
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