KR20050002953A - 반도체 소자의 금속배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선층 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 배선 절연막의 측벽을 이용한 금속 배선층 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판 위에 제 1배선절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1배선절연막의 소정부위에 비아홀을 형성하는 단계, 상기 제 1배선절연막의 상부에 제 2배선절연막을 형성하고 평탄화하는 단계, 상기 제 2배선절연막 위에 하드마스크층을 형성한 후 패터닝하는 단계, 상기 하드마스크층 상부에 절연층을 형성한 후 에치백하여 측벽을 형성하는 단계, 상기 제 2배선절연막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계 및 상기 트렌치에 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 의하여 달성된다.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은 측벽을 마스크로 하여 미세한 트렌치 또는 비아를 형성함으로써 종래의 감광제를 이용한 노광 공정이 불필요하게 되어 마스크 레이어와 감광제 제거 공정이 줄어들어 경비가 절감되는 효과가 있으며, 또한 비아 폭 또는 트렌치 폭의 조절을 노광 장비의 구현능력에 의존하지 않고 측벽으로 조절하기 때문에 정확한 폭의 구현이 가능하므로 기존의 노광 장비로 구현할 수 없는 미세 금속 패턴의 형성이 가능한 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선층 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 배선 절연막의 측벽을 이용한 금속 배선층 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 금속 배선층은 구리, 텅스텐, 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어져 있으며, 소자와의 접촉, 상호 연결, 칩과 외부 회로와의 연결등의 기능을 가지고 있다.
이러한 금속 배선층은 반도체 소자가 더욱 더 고집적화가 됨에 따라 금속 배선의 콘택크기는 감소하게 되고, 종횡비(aspect ratio)는 점점 더 증가하고 있으며 이와 더불어 커패시터의 높이가 증가하여 셀 영역과 주변 회로 영역간의 광역단차가 증가하게 되어 금속 배선을 형성하기 위한 노광 및 식각 공정을 더욱 더 어렵게 하고 있다.
대한민국 특허 1995-0021029호에는 포토레지스트를 이용하지 않고 절연층을 이용하여 패턴을 형성하는 발명이 기술되어 있으나 그 적용 분야가 게이트 형성 분야이고 또한 측벽을 형성하여 패턴을 형성하는 것이 아니고 상위 박막을 이용하여 패턴을 형성함에 본 발명과 차이가 있다.
또한 대한민국 특허 2000-0004334호에는 포토레지스트를 이용하지 않고 측벽을 이용하여 금속배선을 형성하는 발명이 기술되어 있으나 홀과 금속 라인과의 관계가 불분명하고 기판의 단면 공정도상엔 문제가 없으나 기판을 디자인 시에 문제점이 발생한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 의한 감광제를 이용하여 트렌치 또는 비아(via)를 형성하는 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 1a에서와 같이, 하부 금속 배선층(1) 상부에 형성된 비아 홀(3)과 저유전율의 제 1층간절연막(2)이 형성된 층에 금속층(4)을 증착하여 광역평탄화(Chemical Mechanical Polishing, 이하 “CMP”라 한다.)로 평탄화한다. 비아가 형성된 기판에 금속층은 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착한다.
이후, 도 1b와 같이 증착된 금속층 상부에 포토레지스트(5)를 도포하고 패터닝한다.
이어, 도 1c와 같이 플라즈마를 이용한 건식 식각을 이용하여 포토레지스트에 의해 보호되지 않은 드러난 금속층을 식각하여 금속 배선(6)을 형성하고 상기 포토레지스트를 제거한다.
상기와 같이 종래의 금속배선 형성방법은 금속 패턴 또는 비아 패턴을 형성하기 위해 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 과정이 수반되어야 하기 때문에 현재의 노광장비로는 구현할 수 있는 미세 패턴 형성에 있어서 한계가 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자, 종래의 포토레지스트를 이용한 금속 배선 형성 공정의 단점을 해결할 수 있는 배선 절연막의 측벽을 이용한 금속 배선층의 형성에 그 목적이 있다.
도 1a 내지 1d는 종래기술에 의한 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 나타낸 공정단면도.
도 2a 내지 2d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 나타낸 공정단면도.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 나타낸 공정단면도.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판 위에 제 1배선절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1배선절연막의 소정부위에 비아홀을 형성하는 단계, 상기 제 1배선절연막의 상부에 제 2배선절연막을 형성하고 평탄화하는 단계, 상기 제 2배선절연막 위에 하드마스크층을 형성한 후 패터닝하는 단계, 상기 하드마스크층 상부에 절연층을 형성한 후 에치백하여 측벽을 형성하는 단계, 상기 제 2배선절연막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계 및 상기 트렌치에 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 의하여 달성된다.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판에 제 1배선절연막, 에치 스타퍼층 및 제 2배선절연막을 형성하는 단계, 상기 제 2배선절연막에 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치를 포함한 제 2배선절연막 상부에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막을 소정부분 제거하여 측벽을 형성하는 단계, 상기 측벽을 마스크로하여 제 1배선절연막의 드러난 부분을 제거하여 비아 홀을 형성하는 단계, 상기 측벽을 제거하는 단계 및 상기 트렌치에 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
하부 배선층이 형성된 기판에 배선절연막들을 형성하고, 상기 배선절연막을 패터닝하여 트렌치를 형성하고, 측벽을 형성할 절연막을 증착한 후에 상기 절연막을 식각하여 측벽을 형성한다. 이때 식각속도 및 절연막의 두께를 조절하여 측벽의 크기를 조절할 수 있다.
상기 측벽을 마스크로 하여 상기 배선절연막을 식각하여 미세 라인을 형성하는 발명이다.
상기와 같은 기술은 상부 금속 배선, 싱글 대머신(Damascene), 듀얼 대머신공정에 사용될 수 있으며 아래와 같은 실시예에 의하여 구체화 될 수 있다.
<실시예 1>
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 배선 절연막의 측벽을 이용하여 미세 금속 라인을 형성하는 금속배선 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 하부 금속 배선층(10)이 형성된 기판 위에 제 1배선절연막(11)을 형성하고, 상기 제 1배선절연막의 소정부위에 비아홀(12)을 형성한다.
이어, 상기 제 1배선절연막의 상부에 제 2배선절연막(13)을 형성하고 평탄화한다.
그런 다음, 도 2b에서 도시된 바와 같이, 상기 제 2배선절연막 위에 하드마스크층(14)을 형성한 후 상기 하드마스크층을 패터닝한다.
상기 하드마스크층을 이루는 물질은 상기 배선절연막들보다 식각율이 낮거나 같은 물질이고, TEOS, 질화물 또는 유기 산화물 등이 바람직하다.
그리고 나서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 하드마스크층(14) 상부에 절연층을 형성한 후 에치백하여 측벽(15)을 형성한다.
상기 절연층을 이루는 물질은 상기 배선절연막들보다 식각율이 낮은 물질을 사용한다.
상기 하드마스크층과 절연층의 증착 높이를 조절하여 금속 라인의 폭을 조절할 수 있다.
이어, 도 2d에서와 같이, 상기 측벽(15)을 식각 마스크로 하여 상기 제 2배선절연막(13)을 식각하여 트렌치(16)를 형성한다.
상기 식각은 플라즈마를 이용한 건식 식각이다.
마지막으로 도 2e에서 보는 바와 같이, 상기 트렌치에 금속배선(17)을 형성한다.
상기 트렌치에 금속배선을 형성하는 방법은 상기 하드마스크층과 측벽을 식각하는 단계, 전해도금(Electroplating Deposition Process, 이하 “EDP”라 한다.)방법으로 상기 트렌치에 금속박막을 증착하는 단계 및 상기 금속박막을 CMP공정으로 평탄화 하는 단계로 이루어져 있다.
상기 하드마스크층과 측벽을 식각한후 EDP방법으로 상기 트렌치에 금속박막을 채우고 CMP 공정으로 제 2배선절연막 상부의 금속박막을 제거하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선을 완성한다.
<실시예 2>
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 배선 절연막의 측벽을 이용한 듀얼 대머신 공정을 통하여 다층의 금속 배선 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.
먼저 도 3a에 도시한 바와 같이, 하부 금속배선(100)상에 저유전율의 제 1배선절연막(110)을 증착하고, 그 위에 후속 공정으로 제 2배선절연막을 식각할 경우 식각 정지점으로 사용되는 에치 스타퍼층(120)을 증착한 후 제 2배선절연막(130)을 증착한다.
그런 다음 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 제 2배선절연막에 트렌치를 형성하기 위하여 제 2배선절연막의 상부에 포토레지스트를 도포하고, 금속 트렌치 패턴이 형성된 마스크로 상기 포토레지스트를 노광, 현상하여 금속 트렌치 패턴을 형성한다.
그리고 난 후에, 상기 금속 트렌치 패턴을 마스크로 제 2배선 절연막의 드러난 부분을 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 제거하여 트렌치를 형성하고 상기 포토레지스트를 제거한다.
그 다음 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 제 2배선절연막(130)의 트렌치 영역에 측벽을 형성하기 위해서 절연막을 증착한 후, 플라즈마를 이용한 에치백(etch back)공정을 진행하여 상기 절연막의 소정부위를 제거하여 측벽(140)을 형성한다.
상기 절연층을 이루는 물질은 상기 배선절연막들보다 식각율이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
그 다음 도 3d에 도시한 바와 같이, 비아 홀(150)을 형성하기 위하여 상기 측벽(140)을 마스크로 하여 제 1배선절연막의 드러난 부분을 플라즈마를 이용한 건식식각으로 제거함으로써 비아 홀(150)을 형성한다.
상기 비아홀의 폭은 제 2배선절연막과 절연층의 증착 높이를 조절하여 폭을 조절할 수 있다.
마지막으로 도 2e에 도시한 바와 같이, 비아 홀 형성을 위한 마스크로 사용되었던 상기 측벽을 습식식각으로 제거하여 트렌치 영역을 확보하고, EDP방식을 이용하여 상기 트렌치에 금속박막을 형성하고, CMP공정으로 제 2배선절연막 상부의금속막을 제거하여 금속배선(160)을 형성하여 본 발명의 금속배선 공정을 완성한다.
상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은 측벽을 마스크로 하여 미세한 트렌치 또는 비아를 형성함으로써 종래의 감광제를 이용한 노광 공정이 불필요하게 되어 마스크 레이어와 감광제 제거 공정이 줄어들어 경비가 절감되는 효과가 있으며, 또한 비아 폭 또는 트렌치 폭의 조절을 노광 장비의 구현능력에 의존하지 않고 측벽으로 조절하기 때문에 정확한 폭의 구현이 가능하므로 기존의 노광 장비로 구현할 수 없는 미세 금속 패턴의 형성이 가능한 효과가 있다.
Claims (11)
- 반도체 소자의 금속배선 형성 방법에 있어서,소정의 구조물이 형성된 기판 위에 제 1배선절연막을 형성하는 단계;상기 제 1배선절연막의 소정부위에 비아홀을 형성하는 단계;상기 제 1배선절연막의 상부에 제 2배선절연막을 형성하고 평탄화하는 단계;상기 제 2배선절연막 위에 하드마스크층을 형성한 후 패터닝하는 단계;상기 하드마스크층 상부에 절연층을 형성한 후 에치백하여 측벽을 형성하는 단계;상기 제 2배선절연막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 및상기 트렌치에 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 하드마스크층은 TEOS, 질화물 및 유기 산화물 중 어느 하나임을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 하드마스크층은 상기 배선절연막들보다 식각율이 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 하드마스크층과 절연층의 증착 높이를 조절하여 금속 라인의 폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 트렌치는 상기 측벽을 식각 마스크로 하여 상기 제 2배선절연막을 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 5항에 있어서,상기 식각은 플라즈마를 이용한 건식 식각임을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1항에 있어서,상기 트렌치에 금속배선을 형성하는 단계는,상기 하드마스크층과 측벽을 식각하는 단계;EDP방법으로 상기 트렌치에 금속박막을 증착하는 단계; 및상기 금속박막을 CMP공정으로 평탄화 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 반도체 소자의 금속배선 형성 방법에 있어서,소정의 구조물이 형성된 기판에 제 1배선절연막, 에치 스타퍼층 및 제 2배선절연막을 형성하는 단계;상기 제 2배선절연막에 트렌치를 형성하는 단계;상기 트렌치를 포함한 제 2배선절연막 상부에 절연막을 형성하는 단계;상기 절연막을 소정부분 제거하여 측벽을 형성하는 단계;상기 측벽을 마스크로 하여 제 1배선절연막의 드러난 부분을 제거하여 비아 홀을 형성하는 단계;상기 측벽을 제거하는 단계; 및상기 트렌치에 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 8항에 있어서,상기 측벽의 제거는 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 8항에 있어서,상기 트렌치에 금속배선을 형성하는 단계는,EDP방법으로 상기 트렌치에 금속박막을 증착하는 단계; 및상기 금속박막을 CMP공정으로 평탄화 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1항 또는 제 8항에 있어서,상기 절연층은 상기 배선절연막들보다 식각율이 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
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