KR20060075748A - 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게 는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 있어서, 제1 IMD막과 텅스텐 콘택홀이 형성된 반도체 기판 상에 질소 분위기 하에서 제1차 어닐(anneal)하여, 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막이 형성된 기판 상에 제2 IMD막을 증착하는 단계; 상기 제2 IMD막 상부에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트로 상기 제2 IMD막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 질화막을 케미컬을 이용하여 제거하는 단계; 상기 질화막이 제거된 트렌치에 구리 배리어 금속막과 구리 시드층을 증착하고 구리를 증착하는 단계; 상기 구리가 증착된 기판을 제2차 어닐하는 단계; 및 상기 제2차 어닐된 기판을 구리 CMP 공정으로 평탄화하는 단계 로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법은 질화막의 자가 식각종료(Self Stop) 기능를 이용하여 오버(Over) 식각이나 언더(Under) 식각을 방지하여 구리 배선의 오픈(Open)이나 미세 공간(void)등의 불량을 방지할 수 있으며, 일정한 트렌치 구조(Trench Dimension)을 얻을 수 있으므로 균일한 금속 배선 저항을 얻을 수 있는 효과가 있다.
다마신, 자가 식각종료층, 급속 열처리, 구리 금속 배선
Description
도 1은 종래기술에 의한 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 나타낸 도면.
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게 싱글 다마신 패턴으로 트렌치를 형성할 경우, 먼저 절연층 사이에 어닐 공정을 이용하여 얇은 질화막을 형성하므로써, 오버(Over) 식각이나 언더(Under) 식각을 방지하고, 구리 배선의 오픈(Open)이나 미세 공간(void)등의 불량을 방지하며, 일정한 트렌치 구조(Trench Dimension)을 얻을 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 동작 속도를 향상시키기 위해 사용되는 구리 배선은 식각 공정의 어려움 때문에 다마신(Damascene)공정을 이용하여 형성한다. 다마신 공정은 듀얼(Dual) 다마신과 싱글(Single)다마신 공정으로 나눌 수 있다.
일반적으로 듀얼 다마신 공정은 식각 정지막과 층간 절연막을 다층으로 적층하고 이들을 식각하여 비아 홀(Via Hole)과 트렌치(Trench)를 형성한 후 확산 방지막 및 시드층을 비아 홀 및 트렌치를 포함한 전체 구조 상부에 형성하고 전기 도금법으로 구리 배선을 증착한 후 CMP 공정을 통해 구리를 연마함으로써 비아 플러그와 구리 배선을 한번에 형성하는 공정이다.
그러나 콘 택홀의 경우에는 구리를 증착할 경우 하부 트랜지스터에 구리 원자의 확산으로 인한 오염(contamination)이 우려되므로, 최근 콘택홀은 기존의 텅스텐으로 증착하고 상부만 구리 배선을 형성하는 싱글 다마신 공정을 사용한다.
도 1은 종래의 싱글 다마신 공정을 이용한 반도체 소자의 금속 배선 형성 공정을 나타낸 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 제1 IMD(Intermetal Dielectric, 이하 IMD)막(101)과 텅스텐 콘택홀(102)이 형성된 반도체 기판 상에 제2 IMD막(103)을 증착시키고 트렌치 패턴을 형성하여 식각한 다음, 구리 배리어 금속막(104)을 증착시키고, 구리(105)를 증착시킨다.
그러나 종래의 싱글 다마신 공정의 경우 트렌치 식각할 때 주로 시간 설정을 통해 식각하므로, 언더 트렌치 식각의 경우 구리 배선 노출을 발생시키고, 오버 트렌치 식각이 발생할 경우 구리 배리어 금속막 증착 시 텅스텐 콘택홀의 상부 모서리에 오버행(Over-hang)(106)이 생기고, 구리 배선 증착 시 오버행 밑 부분에서는 구리 배선에 미세 공간(107)이 발생하여 구리 배선의 저항을 증가하여 소자에서 원하는 성능을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 질화막의 자가 식각종료(Self Stop) 기능를 이용하여 오버 식각이나 언더 식각을 방지하여 구리 배선의 오픈이나 미세 공간 등의 불량을 방지하며, 일정한 트렌치 구조를 얻을 수 있으므로 균일한 금속 배선 저항을 얻을 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 있어서, 제1 IMD막과 텅스텐 콘택홀이 형성된 반도체 기판 상에 질소 분위기 하에서 제1차 어닐(anneal)하여, 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막이 형성된 기판 상에 제2 IMD막을 증착하는 단계; 상기 제2 IMD막 상부에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트로 상기 제2 IMD막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 질화막을 케미컬을 이용하여 제거하는 단계; 상기 질화막이 제거된 트렌치에 구리 배리어 금속막과 구리 시드층을 증착하고 구리를 증착하는 단계; 상기 구리가 증착된 기판을 제2차 어닐하는 단계; 및 상기 제2차 어닐된 기판을 구리 CMP 공정으로 평탄화하는 단계 로 이루어진 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 의해 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.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다. 도에서 보는 바와 같이 제1 IMD막(201)과 텅스텐 콘택홀(202)이 형성된 반도체 기판 상에 질소 분위기 하에서 제1차 어닐하여 질화막(203, 204)을 형성한다. 이 때 상기 제1 IMD막 표면에서는 실리콘 질화막(203)이 형성되고, 상기 텅스텐 콘택홀 표면에서는 텅스텐 질화막(204)이 형성된다. 상기 질화막은 자가 식각종료층(Self-stoping layer) 역할을 하지만 높은 유전상수 값을 가지므로 소자의 속도를 저하시키므로 어닐 공정을 통해 얇은 질화막을 형성함으로써 이를 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제1차 어닐 공정은 급속 열처리(Rapid Thermal Processing)나 노(Furnace)를 이용하여 섭씨 200도에서 700도 사이에서 진행하는 것이 바람직하며, 질소, 암모니아(NH3) 또는 하부층으로 질화될 수 있는 물질중 하나를 사용할 수 있다.
이어서, 상기 질화막이 형성된 기판 상에 제2 IMD막(205)을 증착하고, 상기 IMD막 상부에 포토레지스트를 도포하고 패터닝한 다음, 상기 IMD막을 식각하여 트렌치를 형성하고 자가식각종료층으로 사용되어 하부에 노출된 질화막을 케미컬을 이용하여 제거한다. 이 때 상기 케미컬은 황산(H2SO4), 과산화수소(H2O
2), 암모니아로 이루어진 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
계속해서, 상기 질화막이 제거된 트렌치에 구리 배리어 금속막(206)과 구리 시드층을 증착하고 구리(207)를 증착한 다음 제2차 어닐 공정과 구리 CMP 공정으로 반도체 소자의 금속 배선 형성 과정을 완료한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법은 질화막의 자가식각종료 기능를 이용하여 오버 식각이나 언더 식각을 방지하여 구리 배선의 노출이나 미세 공간 등의 불량을 방지할 수 있으며, 일정한 트렌치 구조을 얻을 수 있으므로 균일한 금속 배선 저항을 얻을 수 있다.
또한, 자가 식각종료층으로 일정 두께의 질화막을 증착하면 질화막의 높은 유전상수 값으로 인해 소자의 속도를 저하시키므로 어닐 공정을 통해 얇은 질화막을 형성함으로써 이를 최소화하는 효과가 있다.
Claims (5)
- 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 있어서,제 1 IMD막과 텅스텐 콘택홀이 형성된 반도체 기판 상에 제1차 어닐(anneal)하여, 질화막을 형성하는 단계;상기 질화막이 형성된 기판 상에 제2 IMD막을 증착하는 단계;상기 제2 IMD막 상부에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하는 단계;상기 패터닝된 포토레지스트로 상기 제2 IMD막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;상기 질화막을 케미컬을 이용하여 제거하는 단계;상기 질화막이 제거된 트렌치에 구리 배리어 금속막과 구리 시드층을 증착하고 구리를 증착하는 단계;상기 구리가 증착된 기판을 제2차 어닐하는 단계; 및상기 제2차 어닐된 기판을 구리 CMP 공정으로 평탄화하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 질화막은 제1 IMD막-실리콘 질화막-텅스텐 콘택 홀-텅스텐 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,질화막 형성은 질소, NH3 또는 하부층으로 질화될 수 있는 물질 가운데 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1차 어닐 공정을 급속 열처리(Rapid Thermal Processing)나 노(Furnace)를 이용하여 섭씨 200도에서 700도사이에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 케미컬은 황산, 과산화수소, 암모니아로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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