KR20040057580A - 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
하부 도전 패턴이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계; 상기 반도체 기판상에 제 1 및 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제 2 층간 절연막상에 1 유리화 온도를 갖는 제 1 감광막과 제 2 유리화 온도를 갖는 제 2 감광막을 형성하는 단계; 노광 및 현상공정에 의해 상기 제 1 및 제 2 감광막을 제거하여 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 오픈 프레임 노광 공정을 실시하여 상기 제 1 감광막 패턴의 최외각쪽에만 산이 생성되도록 하는 단계; 리플로우 공정을 실시하여 상기 감광막 패턴의 측벽에 오버행이 없는 감광막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로한 식각 공정에 의해 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막을 제거하여 비아홀을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴 및 제 감광막 스페이서를 제거하고 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 상기 제 2 층간 절연막을 제거하여 상기 비아홀과 연통되는 트랜치를 형성하는 단계를 포함하여 이루어 진 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 오버행의 발생을 억제할 수 있는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자의 고집적화와 더불어 고성능화가 지속적으로 진행되어 왔고 이에 추가하여 반도체소자의 고속화도 진행되어 왔다. 고성능 로직소자의 경우, 게이트 산화막의 두께 감소와 게이트전극의 길이 축소가 동작속도의 개선에 영향을 주지만, 배선 저항과 층간 절연막의 커패시턴스에 의한 RC지연이 동작속도의 악화에 더 많은 영향을 주고 있는 실정이다.
이러한 RC지연을 개선하기 위하여 여러 가지 방법들이 제안되어 왔고 그 중에서 구리(Cu)와 저유전 막질을 도입하는 방법이 현재 추진중에 있다. 구리(Cu)는 비저항 2.62Ωμ㎝의 알루미늄에 비하여 약 35%의 낮은 1.69Ωμ㎝의 비저항을 갖고, 또한 재료 가격이 값싸고, 일렉트로마이그레이션(electromigration) 수명도 길어서 차세대 배선재료로서 많은 업체에서 채용하고 있다.
특히 우수한 물성의 구리 박막을 얻기 위해 화학기상증착법(CVD: chemical vapor deposition)의 적용이 검토되고 있다. 화학기상증착법으로 구리 박막을 형성하기 위하여 구리원으로 (hfac) Cu (VTMS)[1, 1, 1, 5, 5, 5 - hexafluoro-2,4-pent anedionato(vinyltrimethylsilane)copper(I):C10H13O2CuF6Si]와Cu(hfac)2[bis(1,1,1,5,5,5-hexafluoro-2,4-pentanedionato)copper(II):C10H2O4CuF12]로 대표되는 β-디케토니트(β-diketonate)계 Cu(I),Cu(II) 유기금속화합물을 사용하고 있다.
이러한 구리를 이용한 반도체 집적 회로 소자의 금속 배선을 형성하기 위해 듀얼 다마신 공정이 이용되고 있는데, 일반적으로 비아 콘택홀과 배선영역을 구현하기 위한 듀얼 다마신 패턴 공정 후 증착 공정을 통해 구리를 채워 넣는다. 이후, 구리를 화학적 기계적 연마법(CMP)으로 편탄화 하면 구리 배선이 완성된다. 일반적인 다마신 공정은 비아리쏘그래피, 비아식각과 스트립, 트랜치 리쏘그래피, 트랜치 식각과 스트립 순으로 형성되거나 트랜치 리쏘그래피, 트랜치 식각과 스트립, 비아 리쏘그래피, 비아식각과 스트립의 순서로 형성된다. 최신의 노광 장비와 RET 등의 방법을 우선 적용하지 않을 경우 디자인 룰이 더욱 감소 할때 비아홀을 구현하는 것이 공정 마진 부족 또는 구현 자체가 어려워 진다
종래 기술에 따른 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
반도체 기판(도시 안됨)상에 형성된 제 1 층간 절연막(1)내에 구리 패턴(20)이 형성된다. 구리 패턴(20)을 포함한 전체 구조 상부에 제 2 및 제 3 층간 절연막(3 및 4)이 형성되고 그 상부에 감광막(5)을 도포한후 노광 및 현상 공정을 통해 감광막 패턴을 형성하게 되는데, 이때, 감광막의 도포 후 리플로우 공정 적용시 감광막의 일부가 플로우되어 감광막 패턴의 측벽에 오버행(A)이 발생되어 DICD(Devoloped Inspection Critical Dimension)2가 줄어들게 된다. 이러한 상태에서 식각 공정을 진행하면 수직한 비아홀을 구현할 수 없게 되어 배선후 최종 소자에서 기대하는 특성이 열화될 수 있다.
따라서, 본 발명은 유리화 온도가 상이한 감광막을 도포하여 리플로우 공정 적용시 오버행이 발생되지 않도록 하여 상기한 단점을 해소 할 수 있는 듀얼 다마신 패턴 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2i 는 본 발명에 다른 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 제 1 층간 절연막 2: 구리
3 및 4: 제 2 및 제 3 층간 절연막
50: 제 1 유리화 온도를 갖는 감광막
5: 제 2 유리화 온도를 갖는 감광막
5a: 감광막 스페이서
6: 감광막
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법은 하부 도전 패턴이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;
상기 반도체 기판상에 제 1 및 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 제 2 층간 절연막상에 1 유리화 온도를 갖는 제 1 감광막과 제 2 유리화 온도를 갖는 제 2 감광막을 형성하는 단계;
노광 및 현상공정에 의해 상기 제 1 및 제 2 감광막을 제거하여 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계;
오픈 프레임 노광 공정을 실시하여 상기 제 1 감광막 패턴의 최외각쪽에만 산이 생성되도록 하는 단계;
리플로우 공정을 실시하여 상기 감광막 패턴의 측벽에 오버행이 없는 감광막 스페이서를 형성하는 단계;
상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로한 식각 공정에 의해 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막을 제거하여 비아홀을 형성하는 단계;
상기 감광막 패턴 및 제 감광막 스페이서를 제거하고 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계:
상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 상기 제 2 층간 절연막을 제거하여 상기 비아홀과 연통되는 트랜치를 형성하는 단계를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2i 는 본 발명에 따른 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(도시 안됨)상에 저유전 물질인 제 1 층간 절연막(1)을 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 형성한 후 콘택을 형성한다. 콘택을 포함한 전체 구조 상부에 구리(2)를 증착한다.
도 2b 를 참조하면, 제 1 층간 절연막(1)이 노출될 때까지 화학적 기계적 연마법을 이용한 평탄화 공정을 실시하여 구리 패턴(20)을 형성한다.
도 2c를 참조하면, 구리 패턴(20)을 포함한 전체 구조 상부에 제 2 층간 절연막(3), 제 3 층간 절연막(4), 제 1 유리화 온도를 갖는 감광막(50) 및 제 2 유리화 온도를 갖는 감광막(5)을 순차적으로 형성한다. 제 2 및 제 3 층간 절연막(3 및 4)은 화학 기상 증착법으로 형성되며 유전 상수가 작은 물질을 사용하는 것이 바람직한데 예를 들어 유전 상수가 2.0 에서 2.7 사이의 물질을 사용하는 것이 좋다. 또한 제 2 및 제 3 층간 절연막(3 및 4) 사이에 에치 정지층으로서 하드마스크를 삽입하거나 서로 다른 층간 물질을 사용할 수 있다. 감광막(5 및 50)은 화학 증폭형이며, 크롬(7)이 형성된 레티클(8)을 이용하여 노광한다. 노광시에는 엑시머 레이져를 사용한다. 또한 감광막(50 및 5)은 공정마진과 최적 패턴 뿐만 아니라 감광막의 열적 플로우 공정(resist flow process)을 고려하여 감광막 두께를 결정한다.
도 2d 를 참조하면, 현상 공정에 의해 감광막 패턴을 형성한다. 이때, 감광막 패턴의 CD(Critical Dimension)는 원하는 값보다 크게 설정한다(DICD1).
도 2e 를 참조하면, 감광막의 열적 플로우 공정전에 노강장비에서 오픈 프레임으로 노광을 실시한다. 이때의 에너지는 DICD1을 형성하기 위해 적용한 노광에너지 보다 훨씬 작은 값으로 해야 한다. 즉, 여러 조건으로 실험하여 최적화된 정도의 에너지를 고려해야 한다. 그 결과로써 감광막의 최외각쪽에만 산(도시안됨)이 발생된다.
도 2f 를 참조하면, 산이 발생된 감광막(50 및 5)의 유리화 온도를 고려하여 감광막을 플로우 시킨다. 그로인하여 비아홀 형성을 위한 식각 장벽이 되는 감광막 스페이서(5a)가 형성된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 유리화 온도가 낮은 감광막(50)이 먼저 플로우되다가 유리화 온도가 높은 감광막(50)이 플로우 되므로 이미 플로우된 감광막이 하부쪽으로 흘러 내려 종래 기술에서 설명한 중간 부분과 아래부분의 차가 없어지게 된다. 즉 오버행이 발생되지 않게 된다. 이때의 감광막 패턴의 폭은 DICD2가 되는데, DICD2 는 DICD1 보다 작게 되는데, 이 자체가 최종적으로 얻고자 하는 홀 크기에 대한 식각 장벽이 될 수 있다.
도 2g 를 참조하면, 감광막 스페이서(5a)가 형성된 감광막 패턴을 마스크로 하여 구리 패턴(20)이 노출될때 까지 제 2 및 제 3 층간 절연막(4)을 제거하는 에칭 공정을 실시한다. 그로인하여 비아홀(100)이 형성된다.
도 2h와 관련하여, 감광막(5 및 50)및 감광막 스페이서(5a)를 제거하고 트랜치 형성을 위한 감감광 패턴(6)을 형성한다. 감광막 패턴(6)형성전에 반사 방지막을 부분적으로 또는 완전히 코팅될 수 있다.
도 2i 를 참조하면, 감광막 패턴(6)을 마스크로 하여 노출된 제 3 층간 절연막(4)를 제거하여 비아홀(100)과 연통되는 트랜치(200)를 형성한다. 이후, 감광막 패턴(6)을 제거하면 듀얼 다마신 패턴이 형성된다. Ta 또는 TaN 등의 구리 확산 방지층과 구리를 증착하고 평탄화 공정을 실시하면 배선 공정이 완료된다.
즉, 본 발명에 있어서는 유리화 온도가 서로 다른 감광막의 열적 플로우 공정전에 노광 방비에서 오픈 프레임으로 노광을 실시하고 그 결과로서 감강막의 최외가쪽에서만 산이 발생된다. 산이 발생된 감광막의 유리화 온도를 고려하여 감광막을 플로우 시켜 비아홀 형성을 위한 식각 장벽이 되도록하는 감광막 스페이서가 형성된다. 이때, 유리화 온도가 낮은 감광막이 먼저 플로우되다가 유리화 온도가 높은 감광막이 플로우되면 이미 플로우된 감광막이 하부쪽으로 흘러 내려 감광막 패턴의 중간 부분과 아래부분의 차가 없는 감광막 스페이서가 형성된다. 그로인하여 하부막 식각시 수직한 프로 파일을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 어버행이 없는 감광막 패턴을 형성할 수 있으므로 수직한 비아홀 형성이 가능하다. 따라서, 비아홀과 트랜치로 이루어진 듀얼 다마신 구조에 충분히 도전체를 채울 수 있으므로 미세 패턴의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 실시예를 중심으로 하여 설명되었으나 당 분야의 통상의 지식을가진 자라면 이러한 실시예를 이용하여 다양한 형태의 변형 및 변경이 가능하므로 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 다음의 특허 청구 범위에 의해 한정된다.
Claims (6)
- 하부 도전 패턴이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;상기 반도체 기판상에 제 1 및 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하는 단계;상기 제 2 층간 절연막상에 1 유리화 온도를 갖는 제 1 감광막과 제 2 유리화 온도를 갖는 제 2 감광막을 형성하는 단계;노광 및 현상공정에 의해 상기 제 1 및 제 2 감광막을 제거하여 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계;오픈 프레임 노광 공정을 실시하여 상기 제 1 감광막 패턴의 최외각쪽에만 산이 생성되도록 하는 단계;리플로우 공정을 실시하여 상기 감광막 패턴의 측벽에 오버행이 없는 감광막 스페이서를 형성하는 단계;상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로한 식각 공정에 의해 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막을 제거하여 비아홀을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴 및 제 감광막 스페이서를 제거하고 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계:상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 상기 제 2 층간 절연막을 제거하여 상기 비아홀과 연통되는 트랜치를 형성하는 단계를 포함하여 이루어 진 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 유리화 온도는 상기 제 2 유리화 온도 보다 낮은 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오픈 프레임 노광 공정시의 노광 에너지는 상기 제 1 감광막 패턴 형성시의 노강 에너지 보다 작은 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 노광 공정은 에시머 레이져를 이용하는 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 감광막 패턴 형성전에 상기 제 2 층간 절연막의 상부 전체 또는 일부에 반사 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 층간 절연막 각각의 유전 상수는 2.0 내지 2.7인 것을 특징으로 하는 듀얼 다마신 구조를 갖는 미세 패턴 형성 방법.
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