KR20070066800A - 반도체소자의 금속패턴 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체소자의 금속패턴 형성방법은, 하부막 위에 금속막을 형성하는 단계와, 금속막 위에 금속막 일부표면을 덮는 마스크막패턴을 형성하는 단계와, 마스크막패턴을 이용한 건식식각으로 금속막의 노출부분을 제거하여 금속패턴을 형성하는 단계와, 금속패턴을 형성한 후 마스크막패턴을 제거하는 단계와, 그리고 금속패턴에 대해 수소(H2) 분위기에서의 어닐링을 수행하는 단계를 포함한다.
워드라인, 비트라인, 저항, 금속패턴, 금속 할라이드, 어닐링
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 금속패턴 형성방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 반도체소자의 금속패턴 형성방법에 관한 것이다.
최근 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory), 에스램(SRAM; Static Random Access Memory), 플래시 메모리(flash memory)와 같은 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 워드라인(word line)이나 비트라인(bit line)의 선폭도 감소되고 있다. 이와 같이 워드라인이나 비트라인의 선폭이 감소됨에 따라 저항이 증가하여, 소자의 동작속도가 저하되고 각 소자간 동작 지연(delay)의 주요 원인으로 작용하고 있다. 따라서 최근에는 워드라인이나 비트라인을 실리사이드막에서 금속막으로 변경하여 저항을 감소시키고자 하는 노력이 이루어지고 있다.
이와 같이 워드라인이나 비트라인을 금속막으로 형성하기 위해서는, 워드라 인이나 비트라인의 선폭(line pitch)에 맞는 금속패턴을 형성하여야 한다. 워드라인의 경우를 예를 들면, 반도체기판 위의 게이트절연막 위에 금속막을 형성하고, 이 금속막에 대한 패터닝을 수행하여 워드라인으로 사용될 금속패턴을 형성한다. 비트라인의 경우에도 유사한 패터닝과정을 수행하여 비트라인으로 사용될 금속패턴을 형성한다.
그런데 선폭이, 예컨대 대략 0.1㎛ 미만인 금속패턴을 형성하는데 있어서, 패터닝과정에서 생기는 불순물에 의한 저항증가도 무시할 수 없으며, 특히 금속막에 대한 식각시 사용하는 식각가스로서 주로 Cl-나 F-와 같은 할로겐 음이온을 사용하므로, 금속 할라이드(metal halide)가 형성되는 현상이 발생한다. 금속 할라이드는 부도체일뿐더러 금속-할로겐 결합력을 증대시키므로, 워드라인이나 비트라인의 저항증가가 오히려 증가할 수도 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 금속 할라이드를 제거하여 저항특성이 개선되도록 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체소자의 금속패턴 형성방법은, 하부막 위에 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막 위에 상기 금속막 일부표면을 덮는 마스크막패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크막패턴을 이용한 건식식각으로 상기 금속막의 노출부분을 제거하여 금속패턴을 형성하는 단계; 상기 금속패턴을 형성한 후 상기 마스크막패턴을 제거하는 단계; 및 상기 금속패턴에 대해 수소(H2) 분위기에서의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속막은 텅스텐(W)막, 텅스텐실리사이드(WSix)막, 텅스텐나이트라이드(WN)막, 백금(Pt)막, 알루미늄(Al)막, 루테늄(Ru)막, 이리듐(Ir)막, 구리(Cu)막, 코발트(Co)막, 코발트실리사이드(CoSix)막, 니켈실리사이드(NiSix)막, 티타늄나이트라이드(TiN)막 및 루테늄옥사이드(RuO2)막 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속패턴은 워드라인 또는 비트라인일 수 있다.
상기 건식식각은 F- 가스, Cl- 가스, Br- 가스 또는 I- 가스를 식각가스로 사용하여 수행할 수 있다.
상기 수소(H2) 분위기에서의 어닐링은, 퍼니스에서 400-500℃의 온도범위, 1-5slm의 수소(H2) 가스 공급량 조건하에서 10-60분동안 수행할 수 있다.
상기 수소(H2) 분위기에서의 어닐링은, 매엽식챔버에서 200-350℃의 온도범위, 80-300W의 RF 파워, 50mTorr-1Torr의 압력 및 50-1000sccm의 수소(H2) 가스 공급량 조건하에서 1-20분동안 수행할 수도 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 금속패턴 형성방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 불순물영역(102)을 갖는 반도체기판(100) 위에 절연막(110)을 형성하고, 절연막(110)을 관통하는 컨택홀(112)을 형성한다. 불순물영역(102)은 n채널형인 경우 N+ 불순물이온으로 도핑되고 p채널형인 경우 P+형으로 도핑된다. 도면상에는 편의상 N+ 영역과 P+ 영역을 모두 나타내었다. 다음에 컨택홀(112)을 제1 금속막, 예컨대 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막(130)으로 매립하여 비트라인컨택을 형성한다. 다음에 Ti/TiN막(130) 위에 제2 금속막, 예컨대 텅스텐(W)막(140)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 텅스텐(W)막(도1의 140) 위에 하드마스크막(미도시)을 형성하고, 그 위에 하드마스크막의 일부표면을 노출시키는 포토레지스트막패턴(미도시)을 형성한다. 다음에 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각으로 하드마스크막의 노출부분을 제거하여, 텅스텐(W)막(140)의 일부표면을 노출시키는 하드마스크막패턴(150)을 형성한다. 그리고 하드마스크막패턴(150)을 식각마스크로 한 식각으로 텅스텐(W)막(140)의 노출부분 및 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막(130)의 노출부분을 순차적으로 제거한다. 그러면 도시된 바와 같이, 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막패턴(132) 및 텅스텐(W)막패턴(142)이 순차적으로 적층되어 이 루어지는 비트라인이 형성된다.
텅스텐(W)막(140)에 대한 식각은 SF6 가스 및 N2 가스의 혼합가스 플라즈마를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행한다. 이 경우 아래의 반응식 1과 같은 반응에 의해 텅스텐(W)막(140)의 제거가 이루어진다.
티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막(130)에 대한 식각은, 텅스텐(W)막(140)에 대한 식각에 이어서 인시츄(in-situ) 또는 엑스시츄(ex-situ)로, BCl3 가스 및 Cl2 가스의 혼합가스 플라즈마를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행한다. 이 경우 아래의 반응식 2와 같은 반응에 의해 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막(130)의 제거가 이루어진다.
상기 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막패턴(132) 및 텅스텐(W)막패턴(142)을 형성하는 과정에서는 Cl- 가스 및 F- 가스 외에 Br- 가스 또는 I- 가스가 사용될 수도 있다. 식각이 이루어진 후, 금속패턴의 노출부분에는 금속-할로겐 성분인 Cl-Ti 성분, Cl-W 성분, W-F 성분 및 Ti-F 성분이 생긴다.
도 3을 참조하면, 금속패턴의 노출부분에 있는 Cl-Ti 성분 및 Cl-W 성분을 제거하기 위하여 수소(H2) 분위기에서의 어닐링(annealing)을 수행한다. 수소(H2) 분위기에서의 어닐링은, 퍼니스(furnace)에서 수행할 수도 있고, 또는 매엽식챔버에서 수행할 수도 있다. 퍼니스에서 수행하는 경우, 대략 400-500℃의 온도범위, 대략 1-5slm의 수소(H2) 가스 공급량 조건하에서 대략 10-60분동안 수행한다. 매엽식챔버에서 수행하는 경우, 대략 200-350℃의 온도범위, 대략 80-300W의 RF 파워, 대략 50mTorr-1Torr의 압력 및 대략 50-1000sccm의 수소(H2) 가스 공급량 조건하에서 대략 1-20분동안 수행한다. 이와 같은 수소(H2) 분위기에서의 어닐링에 의해 금속패턴의 노출부분에 있는 금속-할로겐 성분인 Cl-Ti 성분, Cl-W 성분, W-F 성분 및 Ti-F 성분은 기체상태인 HF 가스 또는 HCl 가스의 형태로 제거된다.
본 실시예에서는 비트라인을 구성하는 금속패턴 형성방법을 예로 들었지만, 워드라인을 구성하는 금속패턴이나 그 밖의 다른 용도의 금속패턴을 형성하는데 있어서도 동일하게 적용할 수 있다는 것은 당연하다. 또한 금속막으로는 텅스텐(W)막, 텅스텐실리사이드(WSix)막, 텅스텐나이트라이드(WN)막, 백금(Pt)막, 알루미늄(Al)막, 루테늄(Ru)막, 이리듐(Ir)막, 구리(Cu)막, 코발트(Co)막, 코발트실리사이드(CoSix)막, 니켈실리사이드(NiSix)막, 티타늄나이트라이드(TiN)막 및 루테늄옥사이드(RuO2)막 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 금속패턴 형성방법에 따르면, 금속막에 대한 건식식각으로 금속패턴을 형성한 후, H2 분위기에서의 어닐링을 수행함으로써 금속패턴의 노출부분에 형성되어 있는 금속할로겐 성분을 할로겐하이드라이드 형태로 제거할 수 있으며, 이에 따라 전기적특성이 향상된 금속패턴을 제공할 수 있다는 이점이 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
Claims (6)
- 하부막 위에 금속막을 형성하는 단계;상기 금속막 위에 상기 금속막 일부표면을 덮는 마스크막패턴을 형성하는 단계;상기 마스크막패턴을 이용한 건식식각으로 상기 금속막의 노출부분을 제거하여 금속패턴을 형성하는 단계;상기 금속패턴을 형성한 후 상기 마스크막패턴을 제거하는 단계; 및상기 금속패턴에 대해 수소(H2) 분위기에서의 어닐링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속막은 텅스텐(W)막, 텅스텐실리사이드(WSix)막, 텅스텐나이트라이드(WN)막, 백금(Pt)막, 알루미늄(Al)막, 루테늄(Ru)막, 이리듐(Ir)막, 구리(Cu)막, 코발트(Co)막, 코발트실리사이드(CoSix)막, 니켈실리사이드(NiSix)막, 티타늄나이트라이드(TiN)막 및 루테늄옥사이드(RuO2)막 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속패턴은 워드라인 또는 비트라인인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 건식식각은 F- 가스, Cl- 가스, Br- 가스 또는 I- 가스를 식각가스로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 수소(H2) 분위기에서의 어닐링은, 퍼니스에서 400-500℃의 온도범위, 1-5slm의 수소(H2) 가스 공급량 조건하에서 10-60분동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 수소(H2) 분위기에서의 어닐링은, 매엽식챔버에서 200-350℃의 온도범위, 80-300W의 RF 파워, 50mTorr-1Torr의 압력 및 50-1000sccm의 수소(H2) 가스 공급량 조건하에서 1-20분동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속패턴 형성방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020050128310A KR20070066800A (ko) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | 반도체소자의 금속패턴 형성방법 |
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| KR (1) | KR20070066800A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112385018A (zh) * | 2018-05-01 | 2021-02-19 | 应用材料公司 | 在选择性蚀刻工艺中提高选择性的方法 |
-
2005
- 2005-12-22 KR KR1020050128310A patent/KR20070066800A/ko not_active Application Discontinuation
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