KR20040103554A - 금속 마스크층을 사용한 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
금속 마스크층을 사용한 배선 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 층간 절연막 상에 오프닝을 갖는 금속 마스크 패턴을 형성하고, 금속 마스크 패턴을 산소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 처리하여 하부의 층간 절연막에 대한 식각선택성을 향상시킨다. 금속 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 층간 절연막을 식각한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로써, 더 구체적으로 금속층을 하드마스크로 사용하여 층간절연막을 패터닝하는 배선 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 배선의 선폭이 축소됨에 따라 노광 파장이 짧아지고 포토레지스트의 두께도 얇게 형성한다. 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 사용하여 하부층을 식각하는데, 포토레지스트의 두께가 얇아지면 두꺼운 하부층을 식각하는 동안포토레지스트의 손실로 인해 패턴 형태가 불량해진다. 이를 극복하기 위한 방법으로 포토레지스트에 비해 식각내성이 우수한 금속 마스크를 사용하여 하부층을 식각하는 기술이 도입되었다.
도 1 내지 도 4는 종래의 금속 마스크를 사용한 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 식각저지막(12), 층간절연막(14) 및 금속 마스크막(18)을 형성하고, 상기 금속 마스크막(18) 상에 포토레지스트 패턴(20)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(20)을 식각 마스크로 사용하여 상기 금속 마스크막(18)을 패터닝하여 금속 마스크 패턴(18a)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴(20)을 제거하여 상기 금속 마스크 패턴(18a)을 노출시킨다.
도 3을 참조하면, 상기 금속 마스크 패턴(18a)을 마스크로 사용하여 상기 층간절연막(14)을 식각하여 배선을 위한 콘택홀(24)을 형성한다. 이 때, 상기 식각저지막(12)에 의해 하부의 기판(10)이 식각되는 것을 막을 수 있다. 도시된 것과 같이, 상기 금속 마스크 패턴(18a)과 상기 층간 절연막(14)의 식각 선택비가 충분히 크지 않을 경우 상기 층간절연막(14)를 패터닝하는 동안 상기 금속 마스크 패턴(18a)이 손실된다. 상기 하드 마스크 패턴(18a)이 손상될 경우 상기 콘택홀(24)의 프로파일이 불량해진 피팅(pitting; 26)이 발생하게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 콘택 홀(24) 내에 도전물질을 채워 배선 패턴(28)을형성하고, 상기 하드 마스크 패턴(18a)을 화학적 기계적 연마공정 등의 식각방법을 사용하여 제거한다. 통상적으로, 상기 배선 패턴(28)을 형성하기 위한 도전물질을 화학적기계적 연마한 후 계속해서 상기 하드 마스크 패턴(18a)을 연마하여 제거한다. 상기 도시된 것과 같이, 종래기술에 따르면 상기 피팅(26)에 의해 도전물질의 매립이 불량해져 키홀(30)이 형성될 수 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 상기 하드 마스크막(18)을 두껍게 형성하는 방법을 고려할 수도 있으나, 상기 하드 마스크막(18a)이 두꺼우면 상기 하드마스크 패턴(18a)을 형성하는데 식각 부담이 가중되고, 상기 하드 마스크 패턴(18a)을 제거하기도 어려워진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 마스크를 사용하여 배선을 형성함에 있어서 하드마스크막의 손상을 방지할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 금속 마스크를 사용하여 배선을 형성함에 있어서 패턴의 프로파일 불량을 방지할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여 본 발명은 금속 마스크 패턴의 표면에 산소 함유 플라즈마 처리함으로써 식각선택성을 향상시킨 배선 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 층간 절연막 상에 오프닝을 갖는 금속 마스크 패턴을 형성하고, 상기 금속 마스크 패턴을 산소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 처리하는 것을 포함한다. 상기 금속 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 층간 절연막을 식각한다.
본 발명에서 상기 금속 마스크 패턴은 이방성 식각이 가능한 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 금속 마스크 패턴은 금속 마스크층 상에 오프닝을 갖는 포토레지스트를 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 금속 마스크층을 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴은 상기 금속 마스크층을 패터닝한 후 산소 함유 플라즈마를 사용한 에슁으로 제거한다. 상기 에슁은 2 단계로 실시할 수 있다. 제1 에슁 단계에서 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 제2 에슁 단계에서 상기 금속 마스크 패턴을 플라즈마 처리할 수 있다.
상기 층간 절연막이 산소함유 플라즈마에 식각되기 쉬운 물질일 경우 상기 금속 마스크 패턴을 형성하기 전에 상기 층간절연막 상에 산소 함유 플라즈마에 내성을 갖는 캐핑막을 더 형성할 수 있다. 상기 캐핑막은 상기 플라즈마 처리 후 상기 금속 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 패터닝한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배선 형성 방법을 나타낸 공정 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 기판(50) 상에 식각 저지막(52), 층간 절연막(54) 및 금속 마스크층(58)을 형성하고, 상기 금속 마스크층(58) 상에 오프닝을 갖는 포토레지스트 패턴(60)을 형성한다. 상기 금속 마스크층(58)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈럼(Ta), 티타늄질화막(TiN) 또는 탄탈럼질화막(TaN)으로 형성하거나 이들의 조합으로 형성할 수 있다. 상기 층간 절연막(54)은 실리콘 산화막, TEOS막, USG막, FSG, SiOCH, HSQ 또는 MSQ 등의 유전상수가 낮은 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(60)을 식각마스크로 사용하여 상기 금속 마스크층(58)을 패터닝하여 금속 마스크 패턴(58a)을 형성한다. 상기 금속 마스크 패턴(58a)은 상기 층간 절연막(54)을 노출시키는 오프닝을 가진다. 상기 오프닝은 싱글 다마신 공정의 경우 콘택홀 또는 비아홀을 형성하기 위한 오프닝이고, 듀얼 다마신의 경우 콘택홀 또는 비아홀 및 배선 홈을 형성하기 위한 오프닝이다.
상기 포토레지스트 패턴(60)을 제거하여 상기 금속 마스크 패턴(58a)을 노출시킨다. 상기 포토레지스트 패턴(60)은 산소함유 플라즈마를 사용한 에슁공정으로 제거할 수 있다. 산소 함유 플라즈마의 소오스는 예컨대 산소, 오존, 수증기 등의산소원자를 함유한 기체가 될 수 있고, 산소 원자를 함유한 기체에 N2또는 N2O 등과 같은 질소 함유 가스의 혼합 가스일 수 있다. 상기 에슁공정은 100℃ 이하의 저온에서 실시할 수 있다.
포토레지스트 패턴 에슁 후 상기 노출된 금속 마스크 패턴(58a)의 표면을 산소함유 플라즈마 처리하여 산소함유층(64)을 형성한다. 이 때의 플라즈마 처리는 상기 포토레지스트 에슁 온도보다 높은 온도에서 실시한다. 예컨대, 예컨대 산소, 오존, 수증기 등의 산소원자를 함유한 기체가 될 수 있고, 산소 원자를 함유한 기체에 N2또는 N2O 등과 같은 질소 함유 가스의 혼합 가스를 플라즈마 소오스로 사용하여 150℃ 내지 400℃의 온도에서 실시할 수 있다.
상기 포토레지스트 에슁 및 상기 플라즈마 처리는 연속적으로 실시할 수도 있다. 즉, 챔버 내에 기판을 배치하고 100℃ 이하의 저온에서 포토레지스트 에슁을 실시하고, 온도를 150℃ 내지 400℃로 상승 시킨 후 플라즈마 처리하는 2 단계 에슁공정을 적용할 수 있다. 즉, 제1 에슁 공정에서 상기 포토레지스트 패턴(60)을 제거하고, 제2 에슁 공정에서 상기 금속 마스크 패턴(58a)의 표면을 플라즈마 처리할수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 금속 마스크 패턴(58a)을 식각마스크로 사용하여 상기 식각저지막(52)이 노출될 때까지 상기 층간 절연막(54)을 식각한다. 본 발명에서 상기 플라즈마 처리에 의해 상기 금속 마스크 패턴(58a)의 표면에 산소함유층(64)이 형성된다. 상기 산소함유층(64)은 상기 층간 절연막(54)에 대한식각선택성이 우수한 금속 산화막 또는 금속 산화질화막이기 때문에 상기 층간 절연막(54)을 식각하는 동안 손실되지 않는다. 따라서, 상기 층간 절연막(54)을 패터닝하여 형성된 배선 패턴(66)은 우수한 프로파일을 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 배선 패턴(66)에 노출된 상기 식각저지막(52)을 제거하고, 상기 배선 패턴(66) 내에 도전막을 채워 금속 배선(70)을 형성한다. 상기 금속 배선(70)은 반도체 기판에 직접 접촉하거나, 하부의 다른 금속 배선과 전기적으로 접속될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 플라즈마 처리된 금속 마스크 패턴을 사용함으로써 층간절연막과 금속 마스크 패턴 간의 식각선택성을 높일 수 있다. 이 때, 상기 층간절연막이 산소함유 플라즈마에 대한 내성이 강하지 않은 물질일 경우 본 발명을 적절히 변형 할 필요가 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 기판(50) 상에 식각 저지막(52), 층간 절연막(54), 캐핑막(58) 및 금속 마스크층(58)을 형성하고, 상기 금속 마스크층(58) 상에 오프닝을 갖는 포토레지스트 패턴(60)을 형성한다. 상기 금속 마스크층(58)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈럼(Ta), 티타늄질화막(TiN) 또는 탄탈럼질화막(TaN)으로 형성하거나 이들의 조합으로 형성할 수 있다.
상기 캐핑막(58)은 산소함유 플라즈마에 의해 손상되지 않는 물질로 형성함으로써 산소함유 플라즈마에 의해 손상되기 쉬운 물질로써 형성된 층간절연막을 보호할 수 있다. 예컨대, 상기 캐핑막(58)은 실리콘에 산소, 질소, 탄소 또는 불소가 함유된 절연막으로써, SiO2, SiOF, SiC. SiN 또는 SiON으로 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(60)을 식각마스크로 사용하여 상기 금속 마스크층(58)을 패터닝하여 금속 마스크 패턴(58a)을 형성한다. 상기 금속 마스크 패턴(58a)은 상기 캐핑막(58)을 노출시키는 오프닝을 가진다.
상기 포토레지스트 패턴(60)을 제거하여 상기 금속 마스크 패턴(58a)을 노출시킨다. 상기 포토레지스트 패턴(60)은 산소함유 플라즈마를 사용한 에슁공정으로 제거할 수 있다. 산소 함유 플라즈마의 소오스는 예컨대 산소, 오존, 수증기 등의 산소원자를 함유한 기체가 될 수 있고, 산소 원자를 함유한 기체에 N2또는 N2O 등과 같은 질소 함유 가스의 혼합 가스일 수 있다. 상기 에슁공정은 100℃ 이하의 저온에서 실시할 수 있다.
포토레지스트 패턴 에슁 후 상기 노출된 금속 마스크 패턴(58a)의 표면을 산소함유 플라즈마 처리하여 산소함유층(64)을 형성한다. 이 때의 플라즈마 처리는 상기 포토레지스트 에슁 온도보다 높은 온도에서 실시한다. 예컨대, 예컨대 산소, 오존, 수증기 등의 산소원자를 함유한 기체가 될 수 있고, 산소 원자를 함유한 기체에 N2또는 N2O 등과 같은 질소 함유 가스의 혼합 가스를 플라즈마 소오스로 사용하여 150℃ 내지 400℃의 온도에서 실시할 수 있다.
제1 실시예와 마찬가지로 상기 포토레지스트 에슁 및 상기 플라즈마 처리는 연속적으로 실시할 수도 있다. 즉, 챔버 내에 기판을 배치하고 100℃ 이하의 저온에서 포토레지스트 에슁을 실시하고, 온도를 150℃ 내지 400℃로 상승 시킨 후 플라즈마 처리하는 2 단계 에슁공정을 적용할 수 있다. 즉, 제1 에슁 공정에서 상기 포토레지스트 패턴(60)을 제거하고, 제2 에슁 공정에서 상기 금속 마스크 패턴(58a)의 표면을 플라즈마 처리할수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 금속 마스크 패턴(58a)을 식각마스크로 사용하여 상기 식각저지막(52)이 노출될 때까지 상기 캐핑막(58) 및 상기 층간 절연막(54)을 식각한다. 본 발명에서 상기 플라즈마 처리에 의해 상기 금속 마스크 패턴(58a)의 표면에 산소함유층(64)이 형성된다. 상기 산소함유층(64)은 상기 층간 절연막(54)에 대한 식각선택성이 우수한 금속 산화막 또는 금속 산화질화막이기 때문에 상기 층간 절연막(54)을 식각하는 동안 손실되지 않는다. 따라서, 상기 층간 절연막(54)을 패터닝하여 형성된 배선 패턴(66)은 우수한 프로파일을 가질 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 배선 패턴(66)에 노출된 상기 식각저지막(52)을 제거하고, 상기 배선 패턴(66) 내에 도전막을 채워 금속 배선(70)을 형성한다. 상기 금속 배선(70)은 반도체 기판에 직접 접촉하거나, 하부의 다른 금속 배선과 전기적으로 접속될 수 있다.
상술한 것과 같은 본 발명의 구성에 따르면 배선 패턴을 형성하기 위한 금속 마스크 패턴의 표면을 플라즈마 처리함으로써, 하부의 층간절연막과 금속 마스크 패턴의 식각선택성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 층간절연막을 식각하는 동안 금속 마스크 패턴의 손상을 방지하여, 금속 마스크 패턴이 손상됨으로 인해 발생되는 패턴의 프로파일 불량이 발생되지 않도록 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따를 경우 두꺼운 층간 절연막을 식각하더라도 식각선택성이 우수한 마스크 패턴을 형성할 수 있기 때문에 공정의 허용도를 높일 수 있는 이점을 가진다.
Claims (13)
- 층간 절연막 상에 오프닝을 갖는 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계;상기 금속 마스크 패턴을 산소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 처리하는 단계;및상기 금속 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 층간 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 마스크 패턴은 이방성 식각이 가능한 금속으로 형성하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 마스크 패턴을 형성하는 단계는,금속 마스크층 상에 오프닝을 갖는 포토레지스트를 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 금속 마스크층을 패터닝하는 단계;및산소 함유 플라즈마를 사용하여 상기 포토레지스트 패턴을 에슁하는 단계를 포함하는 배선 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 에슁 단계는 2 단계로 실시하되,제1 에슁 단계에서 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고,제2 에슁 단계에서 상기 금속 마스크 패턴을 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제2 에슁 단계는 상기 제1 에슁 단계보다 높은 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 제2 에슁 단계는 150 ℃ 내지 400 ℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 에슁 단계는 H2O, O2또는 O3가스를 플라즈마 소오스로 사용하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 플라즈마 소오스는 질소 함유 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상기 플라즈마 처리 단계는 H2O, O2또는 O3가스를 플라즈마 소오스로 사용하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 플라즈마 소오스는 질소 함유 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 마스크 패턴을 형성하기 전에 상기 층간절연막 상에 산소 함유 플라즈마에 내성을 갖는 캐핑막을 형성하는 단계를 더 포함하되,상기 캐핑막은 상기 플라즈마 처리 후 상기 금속 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 패터닝하는 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 캐핑막은 SiO2, SiOF, SiC, SiN 및 SiON으로 구성된 그룹에서 선택되어진 하나인 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간절연막은 TEOS막, HDP막 또는 USG막인 것을 특징으로 하는 배선 형성 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020030034503A KR20040103554A (ko) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | 금속 마스크층을 사용한 배선 형성 방법 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100608435B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2006-08-02 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 애싱 방법 |
| KR100688778B1 (ko) * | 2004-12-27 | 2007-03-02 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 제조 방법 |
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2003
- 2003-05-29 KR KR1020030034503A patent/KR20040103554A/ko not_active Application Discontinuation
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