KR20080050751A - 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 반도체 기판 상부에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상부에 오존보호막을 형성하는 단계, 금속 배선이 형성되도록 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 오존보호막 및 금속층을 패터닝하는 단계, 및 상기 금속 배선 및 오존보호막을 포함하는 반도체 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계를 포함함으로써, 금속 배선 형성을 위한 금속층의 식각 공정 또는 금속층 상부에 절연막 증착 공정 시 오존보호막을 통해 금속층의 손실을 방지하여 초기 설계시와 동일한 금속 배선의 선저항을 얻을 수 있다.
금속 배선, 오존보호막, 선저항
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 기판 110 : 금속층
110a : 금속 배선 120 : 오존보호막
130 : 감광막 패턴 140 : 절연막
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 금속 배선 형성 공정 시 금속층의 손실을 방지하여 초기 설계시와 동일한 금속 배선의 선저항을 얻을 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
금속 배선 공정이란 반도체 기판에 형성된 각 회로에 금속선을 연결시키는 공정으로, 통상 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au) 또는 텅스텐(W) 등의 금속재료를 사용하여 진행한다. 이러한 금속 배선의 형성을 위해서는 금속 배선 형성을 위한 금속층 증착, 패턴 형성을 위한 마스크 및 식각 공정을 수반하게 된다. 또한, 금속 배선 간의 절연을 위한 절연막 증착 과정을 거치게 된다.
일반적으로 금속 배선 형성을 위한 금속층은 보호막을 사용하고 있지 않거나 보호막으로 질화막을 사용하게 되는데, 보호막이 없을 경우에는 금속 배선 형성을 위한 식각 공정에서 상부의 감광막 패턴이 제거되고 금속층이 드러나면서 금속층의 상부 모서리 부분에 손실(loss)이 발생하여 원하는 선저항을 얻지 못하게 된다. 반면, 보호막으로 질화막을 사용할 경우는 유전율이 높기 때문에 금속 배선 간 커패시턴스(capacitance)값의 증가를 초래한다.
또한, 비트 라인을 형성한 후 높은 단차의 홈을 매립하기 위해 절연막으로서 갭 필(gap fill) 특성이 우수한 고밀도플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막을 증착하는데, 이때 높은 바이어스 파워(bias power)를 사용하기 때문에 절연막 증착 과정에서 금속층이 플라즈마에 의해 어택(attack)을 받아 금속층 상부에 손실이 발생되어 실제의 선저항은 초기 설계시 원하는 비트 라인의 선저항보다 낮아지게 된다.
특히, 금속 배선 중 주변회로에서 전달되는 신호의 전달로인 비트 라인(bit-line)에서는 초기 설계시 원하는 선저항 확보를 위하여 비트 라인 형성 공정시 선저항을 유지하는 것이 중요하다.
본 발명은 금속층 상부에 오존보호막을 형성하여 금속 배선 형성을 위한 금속층 식각 공정 및 금속층 상부에 절연막 증착 공정 시 금속층의 손실을 방지함으로써 초기 설계시와 동일한 금속 배선의 선저항을 확보할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법은, 반도체 기판 상부에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상부에 오존보호막을 형성하는 단계, 금속 배선이 형성되도록 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 오존보호막 및 금속층을 패터닝하는 단계, 및 상기 금속 배선 및 오존보호막을 포함하는 반도체 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기에서, 금속층은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta) 중에서 선택되는 어느 하나로 형성된다. 금속층은 텅스텐(W)으로 형성된다.
오존보호막은 오존을 이용한 열분해 방식 CVD 방법으로 형성된다. 열분해 방식의 CVD 방법은 오존(O3) 및 TEOS를 반응가스로 하여 실시한다. 열분해 방식의 CVD 방법은 챔버내 온도를 530 내지 560℃로 유지하여 실시한다. 오존보호막은 200 내지 500Å의 두께로 형성된다.
오존보호막을 형성하는 단계 이후에 하드 마스크막을 형성하는 단계를 더 포함한다. 하드 마스크막은 아모퍼스 카본(amorphous carbon) 또는 수지(resin)로 형성된다. 절연막은 고밀도플라즈마(High Density Plasma; HDP) 산화막으로 형성된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안되며, 당업계에서 보편적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
우선, 도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 금속층(110)을 형성한다. 금속층(110)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta) 등의 금속 물질 중에서 선택되는 어느 하나로 형성한다. 바람직하게, 금속층(110)은 텅스텐(W)으로 형성한다.
금속층(110)은 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 방법으로 형성할 수 있으며, 바람직하게 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성할 수 있다.
이후, 금속층(110) 상부에 금속 배선 형성을 위한 후속 금속층(110)의 식각 공정 또는 후속 금속 배선 간 절연막 증착 시 금속층(110) 상부가 드러나지 않도록 함으로써 금속층(110) 상부 모서리의 손실(loss)을 방지하기 위하여 오존보호막(120)을 형성한다.
오존보호막(120)은 하부에 형성된 금속층(110)에 물리적인 충돌을 가하지 않도록 오존(O3)을 이용한 열분해 방식의 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법으로 형성하며, 200 내지 500Å의 두께로 형성한다.
여기서, 열분해 방식의 CVD 방법은 챔버내 온도를 530 내지 560℃로 유지하고, 오존(O3)과 TEOS(Tetra Ortho Silicate Glass)를 반응가스로 하여 실시한다.
이어서, 오존보호막(120) 상부에는 금속층(110) 및 오존보호막(120)을 패터닝하기 위하여 감광막 패턴(130)을 형성한다. 감광막 패턴(130)은 오존보호막(120) 상부에 포토레지스트(Photo Resist; PR)를 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 도포하여 감광막을 형성한 후 기 설계된 마스크를 이용한 사진(photolithography) 공정 및 식각 공정을 통해 형성한다.
도 1b를 참조하면, 감광막 패턴(130)을 식각 마스크로 하여 오존보호막(120) 및 금속층(110)을 소정 영역 식각하여 패터닝한다. 여기서, 오존보호막(120) 및 금속층(110)은 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 이로써, 오존보호막(120) 하부에 금속 배선(110a)이 형성된다.
이렇게, 금속층(110) 상부에 오존보호막(120)을 형성하여 금속 배선(110a) 형성을 위한 식각 공정 시 금속층(110) 상부 모서리가 손실되는 것을 방지할 수 있다. 이후, 감광막 패턴(130)을 제거한다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 금속 배선(110a) 형성을 위한 식각 공정 시 금속층(110)의 안정적인 패터닝을 위하여 오존보호막(120) 상부에 하드 마스크막을 더 형성할 수 있다. 여기서, 하드 마스크막은 식각 대상막인 금속층(110) 및 오존보호막(120)의 두께 대비 감광막 패턴(130)의 두께를 고려하여 형성하는 것이 바람직하다. 하드 마스크막은 에싱(ashing)이 가능한 막으로 형성하며, 아모퍼스 카본(amorphous carbon layer) 또는 수지(resin layer)로 형성할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 금속 배선(110a) 및 오존보호막(120)을 포함하는 반도체 기판(100) 상부에 절연막(140)을 형성한다. 절연막(140)은 고밀도플라즈마(High Density Plasma; HDP) CVD 방식을 이용하여 HDP 산화막으로 형성한다.
한편, HDP CVD 방식에 따른 절연막(140) 증착 시 높은 바이어스 파워(bias power)가 인가되기 때문에 오존보호막(120)의 상부 모서리 부분이 일부 손실되는 동시에 두께도 일부 감소된다. 반면, 금속 배선(110a)은 오존보호막(120)으로 인해 상부가 드러나지 않아 플라즈마 어택에 의한 손실이 방지된다.
따라서, 금속 배선(110a)은 오존보호막(120) 형성으로 인해 금속층(110) 식각 공정이나 절연막(140) 증착 공정 시 금속층(110)에 손실이 발생되지 않아 매우 양호한 금속 배선(110a)으로 형성되므로 초기 설계시 원하는 선저항을 금속 배선(110a) 형성 후에도 그대로 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법은 비트 라인이나 공통 소오스 라인 형성 등에 적용할 수 있으며, 디램(DRAM), 에스램(SRAM), 플래시(Flash) 소자 뿐만 아니라 미세 전도체 회로선을 구현하는 여타 소자 제조 기술에 다양하게 적용할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명은 하부 금속층에 물리적인 충돌을 가하지 않는 열분해 방식의 CVD 방법을 이용하여 오존보호막을 형성함으로써 금속 배선 형성을 위한 금속층의 식각 공정과 금속층 상부에 절연막 증착 공정 시 금속층의 손실을 방지하여 금속 배선 형성 후 초기 설계시 원하는 선저항과 동일한 금속 배선의 선저항을 얻을 수 있다.
Claims (10)
- 반도체 기판 상부에 금속층을 형성하는 단계;상기 금속층 상부에 오존보호막을 형성하는 단계;금속 배선이 형성되도록 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 오존보호막 및 금속층을 패터닝하는 단계; 및상기 금속 배선 및 오존보호막을 포함하는 반도체 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속층은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta) 중에서 선택되는 어느 하나로 형성되는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 금속층은 텅스텐(W)으로 형성되는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오존보호막은 오존을 이용한 열분해 방식의 CVD 방법으로 형성되는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 열분해 방식의 CVD 방법은 오존(O3) 및 TEOS를 반응가스로 하여 실시하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 열분해 방식의 CVD 방법은 챔버내 온도를 530 내지 560℃로 유지하여 실시하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오존보호막은 200 내지 500Å의 두께로 형성되는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오존보호막을 형성하는 단계 이후에 하드 마스크막을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 하드 마스크막은 카본 또는 수지로 형성되는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막은 HDP 산화막으로 형성되는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102422521B1 (ko) | 2021-03-03 | 2022-07-19 | 강봉기 | 로봇 장치와 물품 관리 모듈 및 이를 이용한 자동화 시스템 |
-
2006
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