KR20070122035A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 : 하부 층간 절연막11: lower interlayer insulating film
12 : 퓨즈12: fuse
13 : 상부 층간 절연막13: upper interlayer insulating film
14 : 패드14: Pad
15 : 식각 장벽층15: etching barrier layer
16 : 보호층16: protective layer
17 : 감광막 패턴17 photosensitive film pattern
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 소자의 패드(pad) 및 리페어용 퓨즈(fuse for repair)를 개방시키기 위한 식각방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to an etching method for opening a pad and a fuse for repair of a semiconductor memory device.
일반적으로, DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자는 불량 메모리 셀을 대체하기 위해 별도의 여분 셀(redundancy cell)을 구비하고 있다. 이러한 여분 셀은 정상 메모리 셀 제조 공정시 동시에 제조되며, 불량 메모리 셀을 대신하여 사용한다. 이처럼 불량 메모리 셀을 여분 셀로 대체하는 공정을 '리페어 공정'이라 한다. In general, a DRAM (Dynamic Random Access Memory) device has a separate redundancy cell to replace a defective memory cell. These spare cells are manufactured at the same time in the normal memory cell manufacturing process and are used in place of the defective memory cells. Such a process of replacing a defective memory cell with a spare cell is called a repair process.
리페어 공정은 불량 메모리 셀을 선택하고, 그에 해당하는 주소(address)를 여분 셀의 주소로 바꾸어주는 프로그램을 내부 회로에서 행하게 된다. 따라서, 실제 사용시에 불량 라인에 해당하는 주소가 입력되면, 이 대신에 여분 셀의 라인으로 선택이 바뀌게 된다. 이 프로그램 방식 중 하나가 바로 레이저 빔(laser beam)으로 배선을 태워 끊어 버리는 방식인데 이렇게 레이저에 의해 끊어지는 배선을 퓨즈라고 부른다. In the repair process, a program is performed in an internal circuit to select a bad memory cell and replace the corresponding address with the address of the spare cell. Therefore, when an address corresponding to a bad line is input in actual use, the selection is switched to the line of the spare cell instead. One of the programming methods is a method of burning a wire by a laser beam and breaking the wire. The wire broken by the laser is called a fuse.
보편적으로 퓨즈는 공정을 단순화하기 위하여 DRAM 소자의 제조공정에서 워드라인(word line) 또는 비트라인(bit line) 형성공정시 실시되는 식각공정을 통해 동시에 형성하고 있으며, 이에 따라, 워드라인 또는 비트라인과 동일 물질인 폴리실리콘막(poly silicon layer)으로 형성한다. 그러나, 최근에는 반도체 메모리 소자의 집적도 및 동작속도를 고려하여 폴리실리콘막 대신에 금속물질로 형성하고 있다. In general, fuses are simultaneously formed through an etching process performed during a word line or bit line forming process in a DRAM device manufacturing process to simplify the process. It is formed of a polysilicon layer (poly silicon layer) of the same material as. However, in recent years, in consideration of the integration degree and the operating speed of the semiconductor memory device, it is formed of a metal material instead of the polysilicon film.
리페어 공정에 선행하여 퓨즈 상부에 증착된 절연막, 예컨대 산화막을 일정 두께로 남기는 식각공정(이하, 리페어 식각공정이라 함)을 실시한다. 최근에는 공정 단순화를 꾀하기 위한 일환으로 리페어 식각공정시 하나의 식각 마스크(etch mask)를 이용하여 퓨즈 상부에 증착된 산화막을 일정 두께로 남기는 동시에 와이어 본딩용 패드(pad for wire bonding)를 개방시키고 있다. 이때, 패드를 개방시키기 위해서는 산화막뿐만 아니라 패드 상부에 식각 장벽층으로 형성된 TiN막까지 식각해야 한다. Prior to the repair process, an etching process (hereinafter referred to as a repair etching process) is performed to leave an insulating film, such as an oxide film, deposited on the fuse to a predetermined thickness. Recently, in order to simplify the process, one etching mask is used in the repair etching process to leave a certain thickness of the oxide film deposited on the fuse and at the same time open a pad for wire bonding. . In this case, in order to open the pad, not only the oxide film but also the TiN film formed as an etch barrier layer on the pad must be etched.
이와 같이, 하나의 식각 마스크를 이용하여 리페어 식각공정과 패드를 개방시키기 위한 식각공정(이하, 패드 식각공정이라 함)을 동시에 실시하는 경우 패드 개방과 퓨즈 상부에 잔류되는 산화막의 두께를 동시에 제어하는데에는 많은 어려움이 있다. As described above, when the repair etching process and the etching process for releasing the pad (hereinafter referred to as the pad etching process) are simultaneously performed using one etching mask, the thickness of the oxide film remaining on the pad opening and the fuse is controlled simultaneously. There are many difficulties.
예컨대, 퓨즈와 패드 사이의 층간 절연막이 충분히 두껍게 형성된 상태-층간 절연막 상부에 형성된 보호층(passivation layer)의 두께보다 상대적으로 두껍게 형성된 상태-에서 퓨즈 상부에 잔류되는 산화막의 두께 제어를 목표(target)로 하여 식각공정을 진행하는 경우 패드 부위에서는 과도식각(over etch)이 일어나 패드 상부의 TiN막이 깨끗이 제거된다. 하지만, 퓨즈와 패드 사이의 층간 절연막이 충분히 두껍게 형성되지 않는 상태-보호층의 두께보다 상대적으로 얇게 형성된 상태-에서는 충분한 과도식각이 이루어지지 않게 되어 TiN막이 깨끗이 제거되지 않는 문제가 발생된다. For example, target thickness control of the oxide film remaining on the fuse in a state where the interlayer insulating film between the fuse and the pad is sufficiently thick, which is formed relatively thicker than the thickness of the passivation layer formed on the interlayer insulating film. When the etching process is performed, overetch occurs in the pad area, and the TiN film on the upper part of the pad is removed. However, in a state where the interlayer insulating film between the fuse and the pad is not formed sufficiently thick, which is formed relatively thinner than the thickness of the protective layer, sufficient transient etching is not performed, thereby causing a problem in that the TiN film is not removed.
이에 따라, 층간 절연막의 두께를 보호층에 비해 상대적으로 충분히 두껍게 형성한 후 식각공정을 진행할 수도 있으나, 이 경우 다른 부위의 금속배선-퓨즈와 동시에 동일층 상에 형성되는 금속배선 또는 금속층-을 개방시키는 비아(via) 식각공정을 진행하는데 많은 어려움이 발생된다. 이처럼, 공정상 층간 절연막을 두껍게 형성하는데에는 한계가 있기 때문에 제조공정에서는 공정을 고려하여 층간 절연막의 두께를 어느 정도 확보한 후 패드 상부에 잔류되는 TiN막에 대해서는 Cl2 가스를 소스 가스(source)로 하는 플라즈마 식각공정(plasma etch)을 실시하여 제거하고 있다. 하지만, 이 경우 TiN막보다 Al으로 이루어진 패드의 식각율이 더 높아 TiN막이 제거되는 양보다 패드가 더 많이 제거되어 패드 표면의 균일도가 저하되는 문제가 발생된다. Accordingly, the thickness of the interlayer insulating film may be formed relatively thicker than that of the protective layer, and then the etching process may be performed. In this case, the metal wiring or the metal layer formed on the same layer at the same time as the metal wiring of the other part is opened. Many difficulties arise in the via etching process. As described above, since there is a limit in forming a thick interlayer insulating film in the process, Cl 2 gas is supplied to the TiN film remaining on the pad after securing a certain thickness of the interlayer insulating film in consideration of the process. The plasma etch process is performed to remove. However, in this case, since the etch rate of the pad made of Al is higher than that of the TiN film, more pads are removed than the amount of the TiN film is removed, thereby causing a problem that the uniformity of the pad surface is lowered.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 패드의 손상없이 리페어 식각공정과 패드 식각공정을 하나의 식각 마스크를 이용하여 동시에 수행할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides a method of manufacturing a semiconductor device which can simultaneously perform a repair etching process and a pad etching process using a single etching mask without damaging the pad. Its purpose is to.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 퓨즈가 형성된 기판을 제공하는 단계와, 상기 퓨즈를 덮도록 산화막 계열의 물질로 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 퓨즈와 대응되지 않도록 상기 층간 절연막 상에 패드를 형성하는 단계와, 상기 패드 상부에 질화막 계열의 물질로 식각 장벽층을 형성하는 단계와, 상기 식각 장벽층을 덮도록 전체 구조 상부에 산화막 계열의 물질로 보호층을 형성하는 단계와, 상기 패드와 상기 퓨즈에 대응되는 부위에 개구부를 갖는 식각 마스크를 형성하는 단계와, 상기 식각 마스크를 이용한 제1 식각공정을 실시하여 상기 식각 장벽층이 노출될 때까지 상기 보호층을 식각하는 단계와, 상기 식각 마스크를 이용한 제2 식각공정을 실시하여 상기 패드를 노출시키는 동시에 상기 퓨즈 상부에 일정 두께로 상기 층간 절연막을 잔류시키는 단계를 포함하되, 상기 제2 식각공정은 상기 산화막 계열의 물질과 상기 질화막 계열의 물질의 식각율을 제어할 수 있는 웨이퍼 척 온도, 압력, 바이어스 파워 및 플루오르 카본 가스량 중 적어도 어느 하나의 파라미터를 조절하여 실시하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method including providing a substrate on which a fuse is formed, forming an interlayer insulating layer of an oxide-based material to cover the fuse, and not corresponding to the fuse. Forming a pad on the interlayer insulating film, forming an etch barrier layer of a nitride based material on the pad, and forming a protective layer of an oxide based material on the entire structure to cover the etch barrier layer Forming an etching mask having an opening at a portion corresponding to the pad and the fuse, and performing a first etching process using the etching mask to etch the protective layer until the etching barrier layer is exposed. And performing a second etching process using the etching mask to expose the pad and to a predetermined thickness on the fuse. Retaining the interlayer insulating film, wherein the second etching process is at least one of the wafer chuck temperature, pressure, bias power and the amount of fluorocarbon gas to control the etch rate of the oxide-based material and the nitride-based material A method of manufacturing a semiconductor device is performed by adjusting any one parameter.
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 패드가 형성될 영역(PAD)(이하, 패드 영역이라 함)과 퓨즈가 형성될 영역(FUSE)(이하, 퓨즈 영역이라 함)으로 정의되고, 반도체 소자에 따라 소정의 반도체 구조물층이 형성된 반도체 기판(미도시)을 준비한다. First, as shown in FIG. 1, the pad is defined as a region PAD (hereinafter referred to as a pad region) and a region in which a fuse is to be formed (FUSE) (hereinafter referred to as a fuse region). Accordingly, a semiconductor substrate (not shown) on which a predetermined semiconductor structure layer is formed is prepared.
이어서, 반도체 기판 상에 하부 층간 절연막(10)을 형성한다. 이때, 하부 층간 절연막(10)은 산화막 계열의 물질로 형성한다. 예컨대, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate) 등으로 형성한다. Subsequently, a lower interlayer insulating film 10 is formed on the semiconductor substrate. In this case, the lower interlayer insulating film 10 is formed of an oxide film-based material. For example, it is formed of Boron Phosphorus Silicate Glass (BPSG), Phosphorus Silicate Glass (PSG), Tetra Ethyle Ortho Silicate (TEOS), or the like.
이어서, 하부 층간 절연막(10) 상의 퓨즈 영역(FUSE)에 퓨즈(12)를 형성한다. 이때, 퓨즈(12)는 폴리실리콘막 또는 금속계열의 물질로 형성한다. Subsequently, a
이어서, 퓨즈(12)를 덮도록 전체 구조 상부에 상부 층간 절연막(13)을 형성한다. 이때, 상부 층간 절연막(13)은 하부 층간 절연막(11)과 마찬가지로 산화막 계열의 물질로 형성한다. Subsequently, an upper
이어서, 상부 층간 절연막(13) 상의 패드 영역(PAD)에 패드(14)와 식각 장벽층(15)을 형성한다. 이때, 패드(14)는 Al막으로 형성하고, 식각 장벽층(15)은 TiN막으로 형성한다.Subsequently, the
이어서, 패드(14)와 식각 장벽층(15)을 덮도록 전체 구조 상부에 보호층(16) 을 형성한다. 이때, 보호층(16)은 식각 장벽층(15)과의 식각 선택비를 갖는 산화막 계열의 물질로 형성한다.A
이어서, 보호층(16) 상부에 감광막을 도포한 후 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 감광막 패턴(17)을 형성한다. Subsequently, after the photosensitive film is coated on the
이어서, 감광막 패턴(17) 단일 마스크를 이용하여 리페어 식각공정과 패드 식각공정을 실시한다. 이때, 리페어 식각공정과 패드 식각공정은 2단계로 나누어서 실시한다. Subsequently, the repair etching process and the pad etching process are performed using a single mask of the
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 첫번째 식각공정(18)은 보호층(16)과 식각 장벽층(15) 간의 식각 선택비, 즉 TiN막과 산화막 간의 식각 선택비를 이용하여 식각 장벽층(15)이 노출될 때까지 실시한다. 이로써, 패드 영역(PAD)에서는 식각 장벽층(15)이 노출되는 제1 컨택홀(a first contact hole)(19A)이 형성되고, 퓨즈 영역(FUSE)에서는 보호층(16) 내부에 제2 컨택홀(a second contact hole)(19B)이 형성된다. First, as shown in FIG. 1, the
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 두번째 식각공정(20)을 실시한다. 식각공정(20)은 플라즈마 식각장비를 이용하고, TiN막과 산화막 간의 식각 선택비를 조절하여 패드(14)를 노출시키는 동시에 퓨즈(12) 상부에 일정 두께로 산화막을 잔류시킨다. 이때, TiN막과 산화막 간의 식각 선택비를 조절하기 위한 기술적 원리는 하기 표1과 같다. Subsequently, as shown in FIG. 2, a
상기 표1에 나타낸 바와 같이, TiN막과 산화막 간의 식각 선택비는 플라즈마 식각장비에서의 공정조건을 제어함으로써 조절할 수 있다. 공정조건에서 TiN막과 산화막 간의 식각율에 영향을 미치는 파라미터(parameter)는 웨이퍼 척(chuck) 온도, 압력, RF 바이어스 파워(RF bais power) 그리고 플로오르 카본(fluoro-carbon) 가스량이 있다. As shown in Table 1, the etching selectivity between the TiN film and the oxide film can be adjusted by controlling the process conditions in the plasma etching equipment. Parameters affecting the etch rate between the TiN film and the oxide film under the process conditions include wafer chuck temperature, pressure, RF bias power, and fluoro-carbon gas amount.
TiN막의 식각율은 웨이퍼 온도가 상승하면 증가하는데 반해, 산화막의 식각율은 감소한다. 또한, TiN막의 식각율은 15~30mTorr 비교적 저압에서 가장 높게 일어나고, 산화막 식각율은 저압보다는 높은 중간 정도의 압력에서 가장 높게 일어난다. 또한, TiN막의 식각율은 산화막에 비해 RF 비이어스 파워에 대한 의존성이 낮다. 즉, 산화막의 식각율은 일정 바이어스 파워 이하에서는 급격히 감소하는 문턱값을 가지고 있으며, 이때 문턱값은 매우 높은 편이다. 반면, TiN막의 식각율은 일정 바이어스 파워 까지는 식각율이 증가하는 경향이 있으나, 산화막에 비하여 의존도가 낮음 편이며, 산화막의 문턱값 바이어스 파워에서도 어느 정도의 식각이 이루어진다. 또한, 산화막의 식각율은 플루오르 카본 가스량이 감소할 수록 TiN막보다 크게 감소한다. The etching rate of the TiN film increases as the wafer temperature increases, whereas the etching rate of the oxide film decreases. In addition, the etching rate of the TiN film is the highest at a relatively low pressure of 15 ~ 30mTorr, the oxide film etching rate is highest at a medium pressure higher than the low pressure. In addition, the etching rate of the TiN film has a lower dependence on RF bias power than the oxide film. That is, the etch rate of the oxide film has a threshold value rapidly decreasing below a certain bias power, and the threshold value is very high. On the other hand, although the etching rate of the TiN film tends to increase until the predetermined bias power, the etching rate tends to be lower than that of the oxide film. In addition, the etching rate of the oxide film is significantly reduced than the TiN film as the fluorine carbon gas amount decreases.
따라서, 두번째 식각공정(20)시 상기 표1의 파라미터를 적절히 조절함으로써 Cl2 가스를 사용하지 않고도 TiN막을 식각하여 패드(14)를 노출시키는 동시에 보호층(16)과 층간 절연막(13)을 식각하여 퓨즈(12) 상부에 일정 두께로 산화막을 잔류시킨다.Accordingly, by appropriately adjusting the parameters in Table 1 during the
한편, 도 2에서 '21A' 및 '21B'는 식각공정(20)에 의해 동시에 형성되는 제3 및 제4 컨택홀(a third and a forth contact hole)이고, '16A'는 식각공정(20)의해 패터닝된 보호층을 나타내고, '13A'는 식각공정(20)에 의해 패터닝된 층간 절연막을 나타낸다. Meanwhile, in FIG. 2, '21A' and '21B' are a third and fourth contact holes simultaneously formed by the
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, TiN막과 산화막 간의 식각율에 영향을 미치는 파라미터를 적절히 제어하여 식각공정을 실시함으로써 패드의 손상없이 리페어 식각공정과 패드 식각공정을 하나의 식각 마스크를 이용하여 동시에 수행할 수 있다. As described above, according to the present invention, the etching process is performed by appropriately controlling the parameters affecting the etching rate between the TiN film and the oxide film, so that the repair etching process and the pad etching process are performed using one etching mask without damaging the pad. Can be performed simultaneously.
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