KR20060101915A - 금속 배선 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 금속의 그레인 특성에 의한 포토레지스트 패턴 하단의 비평탄화를 해결하는 금속 배선 형성 공정에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 기판상에 소정의 그레인 사이즈를 갖는 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 상기 그레인 사이즈에 의한 토포로지를 평탄화하는 제1 하드마스크를 형성하는 단계, 상기 제1 하드마스크 상에 제2 하드마스크를 형성하는 단계, 상기 제2 하드마스크 상에 상기 금속층의 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 제2하드마스크를 식각하는 단계, 상기 제2 하드마스크를 식각 장벽으로 하여 상기 제1 하드마스크를 식각하는 단계 및 상기 제1 하드마스크를 식각 장벽으로 하여 상기 금속층을 식각하는 단계를 포함하는 금속 배선 형성 방법이 제공된다.
금속막, 실리콘 기판, 포토레지스트, 플라즈마, 그레인

Description

금속 배선 형성 방법{METHOD FOR FORMING INTERCONNECTION LINE}
도 1은 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 공정을 나타낸 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 공정 후를 찍은 전자현미경 사진.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 배선 형성 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
301 : 실리콘 기판 302 : 장벽 금속막
303 : 알루미늄 금속막 304 : 티타늄 질화막
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자의 금속 배선 형성 공정에 관한 것이다.
반도체 소자의 원활한 동작을 위한 중요한 공정 중의 하나가 금속 배선 형성 공정이다. 반도체 소자가 저전압 및 고집적화 되어감에 따라 금속 배선 형성 공정은 더욱 어려워지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 공정을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(101) 상에 금속층(105)을 형성한다.
이때, 금속층(105)은 장벽 금속막(102), 알루미늄 금속막(103), 티타늄 질화막(104)을 순차적으로 형성한 것을 말한다.
이어서, 상기 금속층(105)의 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트(106)를 상기 금속층(105) 상에 형성한다.
이어서 도시하지는 않았으나, 노광 및 현상 공정에 의해 포토레지스트 패턴을 형성하고 이를 식각 장벽으로 하여, 금속층을 식각하므로써 금속 배선을 형성하게 된다.
도 2는 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 공정 후를 찍은 전자현미경 사진이다.
도 2를 참조하면, 피치(Pitch) 200nm의 알루미늄 금속 배선시 포토레지스트 패턴 하단의 비평탄화로 인하여 포토레지스트 패턴 상에 브릿지(Bridge)성 결함이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
이것은 금속의 그레인(Grain) 특성으로 인하여 표면이 울퉁불퉁하므로써 발생되는 것으로, 금속층의 그레인 사이즈에 비하여 패턴 사이즈가 클 경우에는 영향이 미미하지만 미세 Al 금속 배선 패터닝의 경우 영향이 크다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 금속의 그레인 특성에 의한 금속 배선 패터닝의 어려움을 해결하기 위한 금속 배선 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 기판상에 소정의 그레인 사이즈를 갖는 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 상기 그레인 사이즈에 의한 토포로지를 평탄화하는 제1 하드마스크를 형성하는 단계, 상기 제1 하드마스크 상에 제2 하드마스크를 형성하는 단계, 상기 제2 하드마스크 상에 상기 금속층의 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 제2하드마스크를 식각하는 단계, 상기 제2 하드마스크를 식각 장벽으로 하여 상기 제1 하드마스크를 식각하는 단계 및 상기 제1 하드마스크를 식각 장벽으로 하여 상기 금속층을 식각하는 단계를 포함하는 금속 배선 형성 방법이 제공된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 배선 형성 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 금속 배선 형성 방법은 우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(301) 상에 소정의 그레인 사이즈를 갖는 금속층(305)을 형성한다.
이때, 상기 금속층(305)은 장벽 금속막(302), 알루미늄 금속막(303), 티타늄 질화막(304)을 순차적으로 형성한 것을 말한다.
이어서, 상기 금속층(305) 상에 상기 그레인 사이즈에 의한 토포로지를 평탄화하는 제1 하드마스크(306)를 형성한다.
이때, 상기 제1 하드마스크(306)는 유기 물질 또는 탄소를 함유하는 물질을 스핀 코팅(Spin Coating) 한후 큐어링하는 방식으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 하드마스크(306)의 큐어링 온도는 포토레지스트 패턴의 리워크 공정에 대한 안정성을 위한 온도 이상, 하부 금속 물질의 변형 또는 물성 변화가 일어나는 온도 이하인 300℃~500℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 금속층(305)과 제1 하드마스크(306)의 식각 선택비를 고려하여 제1 하드마스크(306)의 두께를 설정하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제1 하드마스크(306) 상에 제2 하드마스크(307)를 형성한다.
이때, 상기 제2 하드마스크(307)는 SiON, SiHO, SiHON의 그룹으로 부터 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 하드마스크(306)와 제2 하드마스크(307)의 식각 선택비를 고려하여 제2 하드마스크(307)의 두께를 설정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 하드마스크(307)는 후속 공정에서 형성되는 포토레지스트 패턴 형성시 비반사층의 기능을 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제2 하드마스크(307) 상에 상기 금속층(305)의 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(308a)을 형성한다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(305a)을 식각 장벽으로 하여 제2 하드마스크(307)를 식각한다.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 식각된 제2 하드마스크 패턴(307a)을 식각 장벽으로 하여 제1 하드마스크(306)를 식각한다.
이때, 제1 하드마스크(306) 식각시 O2 또는 H2 가스를 포함하는 가스의 플라즈마에서 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 식각된 상기 제1 하드마스크(306a)를 식각 장벽으로 하여 상기 금속층(305)을 식각한다.
이때, 제2 하드마스크(307a)는 제거되도록 한다.
이어서, 상기 제1 하드마스크(306a)를 제거하는 공정을 더 포함시킨다.
본 발명은 금속이 갖는 그레인 특성으로 인하여 생기는 포토레지스트 패턴(305a) 하단의 비평탄화를 해결하기 위하여, 제1 하드마스크(306a)를 스핀 코팅 방식으로 형성한다.
또한, 제2 하드마스크(307a)를 비반사층의 기능을 갖는 물질로 형성하게 되면, 별도의 반사방지막의 형성이 필요치 않는다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 금속의 그레인 특성에 의한 포토레지스트 패턴 하단의 비평탄화를 해결하여 노광 및 현상 공정의 마진을 향상시킨다.
또한, 포토레지스트 패턴 하단의 평탄화는 포토레지스트의 두께를 얇게 하여 경제적인 면도 영향을 준다.
그리고, 제2 하드마스크를 비반사층의 기능을 갖는 물질로 형성하게 되면, 별도의 반사방지막의 형성이 필요치 않으므로 공정의 단순화를 꾀할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판상에 소정의 그레인 사이즈를 갖는 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층 상에 상기 그레인 사이즈에 의한 토포로지를 평탄화하는 제1 하드마스크를 형성하는 단계;
    상기 제1 하드마스크 상에 제2 하드마스크를 형성하는 단계;
    상기 제2 하드마스크 상에 상기 금속층의 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 제2하드마스크를 식각하는 단계;
    상기 제2 하드마스크를 식각 장벽으로 하여 상기 제1 하드마스크를 식각하는 단계; 및
    상기 제1 하드마스크를 식각 장벽으로 하여 상기 금속층을 식각하는 단계
    를 포함하는 금속 배선 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층을 식각하는 단계 후에 상기 제1 하드마스크를 제거하는 단계를 더 포함하는 금속 배선 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하드마스크를 형성하는 단계는,
    상기 금속층 상에 상기 제1 하드마스크 물질을 스핀 코팅하는 단계; 및
    상기 코팅된 제1 하드마스크 물질을 큐어링하는 단계를 포함하는 금속 배선 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 하드마스크의 큐어링 온도는 포토레지스트 패턴의 리워크 공정에 대한 안정성을 위한 온도 이상, 하부 금속 물질의 변형 또는 물성 변화가 일어나는 온도 이하인 금속 배선 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 큐어링 단계는 300℃~500℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하드마스크는 상기 금속층 식각시 제거되는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하드마스크는 유기물 또는 탄소를 함유한 물질인 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하드마스크는 상기 포토레지스트 패턴 형성시 비반사층의 기능을 갖는 물질임을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하드마스크는 SiON, SiHO 및 SiHON의 그룹으로 부터 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하드마스크의 식각은 O2 또는 H2 를 포함하는 가스의 플라즈마에서 수행하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 형성 방법.
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