KR20040001478A - 금속 배선 형성 방법 - Google Patents

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    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/88Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
    • E02F3/90Component parts, e.g. arrangement or adaptation of pumps
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 하드마스크 질화막 증착 후, 티타늄질화막(TiN)을 증착하여 TiN막을 하드마스크로 사용하여 질화막 및 텅스텐막(W)을 식각하고 텅스텐 증착을 위한 접착막(Glue layer)으로서 텅스텐 하부에 증착된 Ti/TiN막을 식각하는 동안 하드마스크 TiN막도 동시에 식각하여 제거하도록 하므로써, 기존에 질화막 하드마스크만 사용하는 경우 포토레지스트(PR) 선택비 부족에 의한 하드마스크 탑 노치(Top Notch)를 방지할 수 있고 텅스텐 식각시 발생하는 하드마스크의 질화막 로스(Loss)를 방지할 수 있어 질화막 두께를 낮추어 하드마스크 식각 부담을 줄일 수 있는 기술을 제공한다.

Description

금속 배선 형성 방법{METHOD OF FORMING METAL WIRING}
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐(W) 비트라인 또는 워드라인을 형성하는 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조에 있어, 텅스텐(W)을 사용한 워드라인(Wordline) 또는 비트라인(Bitline) 형성시(이후, 비트라인만 설명하기로 함. 워드라인 경우도 동일함) 텅스텐 식각을 위한 하드마스크로서 질화막 또는 실리콘산화질화(SiON)막을 사용하며, 또한 이 하드마스크막은 후속의 PLUG 컨택 산화막 식각공정인 자기정렬 콘택(SAC; Self-Aligned Contact) 식각시 비트라인과 플러그(Plug)간 쇼트(Short)를 방지하는 식각 장벽막 역할을 한다. 이러한 텅스텐 비트라인 식각은 우선 포토레지스트(Photo Resist; PR) 마스크 패턴을 이용한 하드마스크 식각 후 하드마스크 패턴을 이용하여 텅스텐(W) 식각을 행한다. 그러므로, 텅스텐(W) 비트라인의 식각 후 모양과 패턴폭(CD; Critical Demension)는 하드마스크 식각 모양과 CD에 매우 의존적이다.
그러나, 소자의 집적도가 높아져 비트라인의 사이즈가 점점 미세화함에 따라 미세 패턴을 형성하기 위해서는 포토레지스트(PR) 마스크 높이는 낮아져야 하고, 패턴폭(CD)은 좁아져야 함에 따라 하드마스크 식각시 포토레지스트(PR)에 대한 식각 선택비를 충분히 확보하기가 점점 더 어렵게 된다. 또한, 텅스텐 식각시 로스(Loss)되는 하드마스크 높이와 후속의 자기정렬콘택(SAC) 산화막 식각시 식각 장벽역활을 위해 남겨야 하는 얼마 이상의 높이를 합한 높이의 하드마스크를 증착하고 식각해야 한다. 텅스텐 식각은 주로 SF6등의 가스를 사용하는데, 이는 질화막 또한 식각비가 매우 커서 패턴크기가 작아지고 포토레지스트(PR)의 높이가 낮아짐에 따라 하드마스크의 로스(Loss)도 더욱 커져 증착되는 하드마스크의 높이도 점점더 높아져 식각공정이 어렵게 된다. 즉, 하드마스크 식각시 웨이퍼 위치에 따라 조금만 패턴폭(CD)이 감소되어도 하드마스크 어깨부분에서 포토레지스트(PR) 선택비 부족에 의한 불규칙한 식각 손상(하드마스크 탑 노치(Top Notch); 비트라인 하드마스크의 위쪽 모양이 찌글찌글하게 불규칙한 모양으로 손상되는 현상)이 유발된다. 이는 텅스텐 식각시 하드마스크 패턴 불량으로 인해 비정상적인 하드마스크 과도 로스(Loss)로 비트라인 자체가 끊어지거나 식각후 남은 하드마스크가 과도하게 낮아 후속의 자기정렬콘택(SAC) 산화막 식각시 식각 장벽이 되지 못해 쇼트를 유발한다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 하드마스크 질화막 증착 후, 티타늄질화막(TiN)을 증착하여 TiN막을 하드마스크로 사용하여 질화막 및 텅스텐막(W)을 식각하고 텅스텐 증착을 위한 접착막(Glue layer)으로서 텅스텐 하부에 증착된 Ti/TiN막을 식각하는 동안 하드마스크 TiN막도 동시에 식각하여 제거하도록 하므로써, 기존에 질화막 하드마스크만 사용하는 경우 포토레지스트(PR) 선택비 부족에 의한 하드마스크 탑 노치(Top Notch)를 방지할 수 있고 텅스텐 식각시 발생하는 하드마스크의 질화막 로스(Loss)를 방지할 수 있어 질화막 두께를 낮추어 하드마스크 식각 부담을 줄일 수 있는 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 의한 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 하부 산화막2 : 접착막
3 : 텅스텐막4 : 하부 하드마스크막
5 : 상부 하드마스크막6 : 포토레지스트막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 금속 배선 형성 방법은,
하부 산화막 위에 접착막인 Ti/TiN막과 텅스텐막을 형성한 후 하부 하드마스크막과 상부 하드마스크막을 형성하는 단계;
상기 상부 하드마스크막 위에 포토레지스트막을 형성한 후 비트라인 형성을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트 패턴을 베리어막으로 하여 상기 텅스텐막이 드러나도록 상기 상부 하드마스크막과 상기 하부 하드마스크막을 차례로 식각한 후 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
상기 상부 하드마스크막을 베리어막으로 사용하여 상기 Ti/TiN막이 드러나도록 상기 텅스텐막을 식각하는 단계; 및
상기 하부 산화막이 드러나도록 노출된 상기 Ti/TiN막을 식각함과 동시에 상기 상부 하드마스크막을 동시에 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 하드마스크막으로 TiN, Ti, TiW, W, WSix 중 어느 하나를 사용하거나 이들을 여러층으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 하드마스크막으로 질화막, SiON, 실리콘이 풍부한 SiON막을 사용하거나 이들을 여러층으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 하드마스크막 식각시 CF4, NF3, SF6, C2F4, C2F6등의 F 함유가스 또는 Cl2, BCl3, HI, HBr 등 할로겐 함유 가스를 제 1 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 하드마스크막 식각시 O2, CO, CO2, NO, NO2, SO2등의 O 함유가스 또는 N2를 제 2 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 하드마스크막 식각시 He, Ne, Ar, Xe 등의 불활성 가스를 제 3 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 하드마스크막 식각시 제 1 내지 제 3 식각 가스를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 하드마스크막 식각시 CF4, CHF3, CH2F2, CH3F 등의 F 함유가스를 사용하거나 이들을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 하드마스크막 식각시 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 가스를 첨가하여 수직 단면을 갖도록 식각하는 것을 특징으로 한다.
상기 텅스텐막 식각시 SF6, NF3및 CxFy계 가스를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 텅스텐막 식각시 Cl2, BCl3등 Cl을 포함하는 가스를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 텅스텐막 식각시 N2, NH3, NO, NO2등 N을 포함하는 가스를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 접착막인 Ti/TiN막 및 상부 하드마스크막을 동시에 식각시, CF4, NF3, SF6, C2F4, C2F6등의 F 함유가스 또는 Cl2, BCl3, HI, HBr 등 할로겐 함유 가스 또는 O2, CO, CO2, NO, NO2, SO2등의 O 함유가스 또는 N2와, He, Ne, Ar, Xe 등의 불활성 가스를 사용하거나 이를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 접착막인 Ti/TiN막 및 상부 하드마스크막을 동시에 식각시 BOE(Buffered Oxide Etcher) 등 습식 식각 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 의한 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 1과 같이, 하부 절연 산화막(1) 위에 접착막(Glue Layer)인 Ti/TiN막(2), 텅스텐막(W; 3), 하드마스크 질화막(4) 및 하드마스크 TiN막(5)을 순차적으로 형성한다.
그 다음, 상기 하드마스크 TiN막(5) 위에 포토레지스트막(6)을 형성한 후 비트라인 형성을 위한 마스크 패턴(6)을 형성한다.
그 다음, 도 2와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(6)을 베리어막으로 하여 상기 텅스텐막(3)이 드러나도록 상기 하드마스크 TiN막(5)과 상기 하드마스크 질화막(4)을 차례로 식각한 후 상기 포토레지스트 패턴(6)을 제거한다.
그 다음, 도 3과 같이, 하드마스크 TiN막(5)을 베리어막으로 사용하여 상기 Ti/TiN막(2)이 드러나도록 상기 텅스텐막(3)을 식각한다.
그 다음, 도 4와 같이, 상기 하부 절연 산화막(1)이 드러나도록 노출된 상기 TiTiN막(2)을 식각한다. 이 때, 하드마스크 TiN막도 동시에 제거된다.
이와 같이, 본 발명은 하드마스크 질화막 증착 후, 티타늄질화막(TiN)을 증착하여 TiN막을 하드마스크로 사용하여 질화막 및 텅스텐막(W)을 식각하고 텅스텐 증착을 위한 접착막(Glue layer)으로서 텅스텐 하부에 증착된 Ti/TiN막을 식각하는 동안 하드마스크 TiN막도 동시에 식각하여 제거할 수 있다.
이 때, TiN 식각은 Cl2, BCl3등 Cl을 포함한 금속 식각 가스를 사용하므로, CxFy 또는 CxHyFz계 절연막 식각 가스를 사용하는 질화막 식각 및 SF6등을 사용하는 텅스텐(W) 식각 시 TiN 하드마스크에 대해 매우 높은 식각 선택비를 확보할 수 있다.
이에 따라 기존에 질화막 하드마스크만 사용하는 경우 포토레지스트(PR) 선택비 부족에 의한 하드마스크 탑 노치(Top Notch)를 방지할 수 있고 텅스텐 식각시 발생하는 하드마스크의 질화막 로스(Loss)를 방지할 수 있어 질화막 두께를 낮추어 하드마스크 식각 부담을 줄일 수 있다.
이는 식각 타켓(식각해야하는 높이 + 과도식각양)을 줄여 패턴폭(CD) 조절에 용이하고 포토레지스트(PR) 로스(Loss)를 줄여 하드마스크 탑 노치(Top Notch) 방지에도 기여할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 금속 배선 형성 방법은, TiN 하드마스크를 사용한 텅스텐 비트라인 또는 워드라인 식각 방법에 관한 것으로, 하드마스크 식각시 하드마스크 탑 노치(Top Notch)를 방지하여, 텅스텐 식각시 비트라인이 단선되는 것을 방지하고, 텅스텐 식각시 하드마스크 질화막의 과도 식각 손상에 의해 후속의 플러그 자기정렬콘택(SAC) 산화막 식각시 플러그와 비트라인이 쇼트되는 것을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 하드마스크 질화막 두께를 낮출 수 있고 하드마스크 식각 타켓을 줄여 비트라인 식각시 패턴폭(CD)을 균일하게 조절하여 소자 동작 특성을 안정하게 유지할 수 있다. 또한, 하드마스크 두께를 낮추고 포토레지스트 두께를 낮출 수 있어 미세 패턴 형성이 용이하여 미세 소자 개발을 조기에 앞당길 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 하부 산화막 위에 접착막인 Ti/TiN막과 텅스텐막을 형성한 후 하부 하드마스크막과 상부 하드마스크막을 형성하는 단계;
    상기 상부 하드마스크막 위에 포토레지스트막을 형성한 후 비트라인 형성을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 베리어막으로 하여 상기 텅스텐막이 드러나도록 상기 상부 하드마스크막과 상기 하부 하드마스크막을 차례로 식각한 후 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    상기 상부 하드마스크막을 베리어막으로 사용하여 상기 Ti/TiN막이 드러나도록 상기 텅스텐막을 식각하는 단계; 및
    상기 하부 산화막이 드러나도록 노출된 상기 Ti/TiN막을 식각함과 동시에 상기 상부 하드마스크막을 동시에 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 하드마스크막으로 TiN, Ti, TiW, W, WSix 중 어느 하나를 사용하거나 이들을 여러층으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 하드마스크막으로 질화막, SiON, 실리콘이 풍부한 SiON막을 사용하거나 이들을 여러층으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 하드마스크막 식각시 CF4, NF3, SF6, C2F4, C2F6등의 F 함유가스 또는 Cl2, BCl3, HI, HBr 등 할로겐 함유 가스를 제 1 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 하드마스크막 식각시 O2, CO, CO2, NO, NO2, SO2등의 O 함유가스 또는 N2를 제 2 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 하드마스크막 식각시 He, Ne, Ar, Xe 등의 불활성 가스를 제 3 식각 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 하드마스크막 식각시 제 1 내지 제 3 식각 가스를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 하드마스크막 식각시 CF4, CHF3, CH2F2, CH3F 등의 F 함유가스를 사용하거나 이들을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부 하드마스크막 식각시 산소(O2) 및 아르곤(Ar) 가스를 첨가하여 수직 단면을 갖도록 식각하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅스텐막 식각시 SF6, NF3및 CxFy계 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 텅스텐막 식각시 Cl2, BCl3등 Cl을 포함하는 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 텅스텐막 식각시 N2, NH3, NO, NO2등 N을 포함하는 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착막인 Ti/TiN막 및 상부 하드마스크막을 동시에 식각시, CF4, NF3, SF6, C2F4, C2F6등의 F 함유가스 또는 Cl2, BCl3, HI, HBr 등 할로겐 함유 가스 또는 O2, CO, CO2, NO, NO2, SO2등의 O 함유가스 또는 N2와, He, Ne, Ar, Xe 등의 불활성 가스를 사용하거나 이를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착막인 Ti/TiN막 및 상부 하드마스크막을 동시에 식각시 BOE(Buffered Oxide Etcher) 등 습식 식각 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
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