KR20090072675A - 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법에 관한 것으로, 퓨즈 라인을 정의하는 차광 패턴 내측에 슬릿 형태의 투광 패턴을 구비하고, 상기 차광 패턴과 인접한 차광 패턴 사이에 어시스트 바를 구비한 퓨즈용 노광 마스크를 이용하여 퓨즈를 패터닝하여 상기 퓨즈의 프로파일을 수직으로 형성함으로써, 후속 리페어 공정 시 상기 퓨즈 상측의 크랙이 먼저 유발되도록 하여 FTA(Fixed To Attempt) 수율을 향상시키고, 추가 공정을 진행하지 않고도 수율을 향상시킬 수 있으므로 비용을 절감시키는 기술을 개시한다.

Description

노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법{PHOTO MASK AND METHOD FOR FORMING A FUSE OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법에 관한 것이다. 특히, 금속 퓨즈(Metal Fuse)의 프로파일을 수직으로 형성하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 디램(DRAM) 소자의 경우 메모리 용량이 증가되면서 칩(Chip)의 크기도 증가되는데, 이러한 반도체 소자 제조시에 수많은 미세 셀 중에서 한 개의 셀에서라도 결함이 발생되면 소자 전체를 불량품으로 처리하여 폐기하므로 소자 수율(Yield)이 낮다.

따라서, 현재는 메모리 내에 미리 형성해둔 여분의 리던던시(Redundancy) 셀을 제조 과정 중 불량이 발생된 셀과 교체 사용하여 전체 메모리를 되살려 주는 방법으로 칩의 수율 향상을 이루고 있다.

이러한 리던던시 셀을 이용한 리페어 작업은 웨이퍼 가공 완료 후 테스트를 통해 불량 메모리 셀을 골라내면, 그에 해당하는 어드레스(Address)를 스페어 셀의 어드레스 신호로 바꾸어 주는 프로그램을 내부회로에 행하게 된다.

따라서, 실제 사용 시에 불량 라인에 해당하는 어드레스 신호가 입력되면 불량 셀 대신 예비 라인으로 선택이 바뀌게 되는 것이다.

상기와 같은 리페어 작업을 수행하기 위해선 반도체 소자를 완성한 다음, 불량이 발생된 회로를 리페어 시키기 위하여 퓨즈 라인 상부의 산화막을 제거하여 퓨즈 박스를 오픈(Open) 시키고, 해당되는 퓨즈 라인을 레이저(Laser)를 투과하여 절단해야 한다.

이때, 상기 레이저의 조사에 의해 끊어지는 배선을 퓨즈 라인이라 하고, 그 끊어진 부위와 이를 둘러싼 영역을 퓨즈 박스라 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 퓨즈 형성용 노광 마스크를 도시한 레이아웃(Layout)이다.

도 1을 참조하면, 퓨즈 형성용 노광 마스크(100) 상에 퓨즈 라인을 정의하는 차광 패턴(110)이 복수 개 구비되어 있다.

이때, 차광 패턴(110)은 1300 ~ 1700nm의 거리를 두고 이격되어 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 '도 1'에 도시된 노광 마스크를 이용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법을 도시한 단면도이다.

도 2을 참조하면, 하부 구조물이 구비된 반도체 기판(미도시) 상부에 제 1 층간 절연막(200)을 형성한다.

다음에, 제 1 층간 절연막(200) 상부에 상기 금속층(미도시) 및 감광막(미도시)을 형성한다.

그 다음, 상기 '도 1'에 도시된 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 퓨즈 라인을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.

그 다음, 상기 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 상기 금속층(미도시)을 패터닝하여 퓨즈 라인(210)을 형성한다.

이때, 퓨즈 라인(210)은 'A'와 같이 포지티브 슬로프(Positive Slope)를 가지게 된다.

다음에, 퓨즈 라인(210)를 포함하는 전체 상부에 제 2 층간 절연막(220) 및 보호막(230)을 형성하고, 퓨즈 오픈 마스크(Fuse Open Mask)를 이용한 리페어(Repair) 식각 공정으로 퓨즈 라인(210) 상부의 보호막(230) 및 제 2 층간 절연막(220)을 식각하여 퓨즈 박스를 형성한다.

그 다음, 레이저(Laser)를 이용한 리페어 공정으로 해당 퓨즈 라인(210)을 컷팅(Cutting)한다.

이때, 상기 리페어 공정은 설정된 레이저 빔의 크기로 퓨즈 라인(210)에 레이저를 주사하여 해당 퓨즈 라인(210)를 컷팅하게 된다. 여기서, 상기 레이저 빔이 퓨즈 라인(210) 상측에 크랙을 유발하여 퓨즈 라인(210)을 폭발시켜 퓨즈 라인(210)가 컷팅되도록 한다.

그런데, 퓨즈 라인(210)이 포지티브 슬로프(Positive Slope)를 가지게 되므로, 리페어 공정 시 퓨즈 라인(210)의 상측보다 퓨즈 라인(210) 하부에 스트레스(Steress)를 가져와 하부에 먼저 크랙(Crack)이 발생하게 된다.

상술한 종래 기술에 따른 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법에 있어서, 퓨즈 라인의 포지티브 슬로프가 커짐에 따라 리페어 공정 시 상기 퓨즈 라인 하부에 크랙(Crack)이 먼저 발생하여 레이저 리페어 공정에 취약하게 되고, 이로 인해 FTA(Fixed To Attempt) 수율이 감소되는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 상기 퓨즈 라인이 포지티브 슬로프를 가짐으로써 발생하는 문제를 해결하기 위해 노광 공정 시 감광막의 두께를 조절하거나, 식각 시간을 증가시키는 방법을 제안하였으나 이는 노광 공정의 공정 마진 부족하고, 식각 시간이 증가되면서 상기 퓨즈 라인이 네가티브 슬로프를 가지게 되어 감광막 패턴이 쓰러지는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 퓨즈 라인을 정의하는 차광 패턴 내측에 슬릿 형태의 투광 패턴을 구비하고, 상기 차광 패턴과 인접한 차광 패턴 사이에 어시스트 바를 구비한 퓨즈용 노광 마스크를 이용하여 퓨즈를 패터닝하여 상기 퓨즈의 프로파일을 수직으로 형성함으로써, 후속 리페어 공정 시 상기 퓨즈 상측의 크랙이 먼저 유발되도록 하여 FTA(Fixed To Attempt) 수율을 향상시키고, 추가 공정을 진행하지 않고도 수율을 향상시킬 수 있으므로 비용을 절감하여 소자의 특성을 향상시키는 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 노광 마스크는

퓨즈 영역에 퓨즈를 형성하기 위한 노광 마스크에 있어서,

퓨즈 라인을 정의하는 복수 개의 차광 패턴과,

상기 차광 패턴 내측에 구비된 슬릿(Silt) 형태의 투광 패턴과,

상기 차광 패턴 및 인접한 차광 패턴 사이에 구비된 어시스트 바(Assist Bar)를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 투광 패턴 및 어시스트 바는 해상도 이하의 CD를 가지며, 노광 공정 시 웨이퍼 상에 패터닝되지 않는 것과,

상기 투광 패턴 및 어시스트 바의 CD는 50 ~ 100nm 인 것과,

상기 투광 패턴은 상기 차광 패턴의 중앙부에 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노광 마스크를 이용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법은

반도체 기판 상부에 층간 절연막 및 금속층을 형성하는 단계와,

상기 금속층 상부에 감광막을 형성하는 단계와,

상기 노광 마스크를 사용하여 상기 감광막에 대해 노광 및 현상을 수행하여 감광막 패턴을 형성하는 단계와,

상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 금속층을 식각하여 퓨즈 라인을 형성하는 단계를 포함하는 것과,

상기 퓨즈 라인은 수직 프로파일(Profile)을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은 퓨즈의 프로파일을 수직으로 형성함으로써, 후속 리페어 공정 시 상기 퓨즈 상측의 크랙이 먼저 유발되도록 하여 FTA(Fixed To Attempt) 수율을 향상시키고, 추가 공정을 진행하지 않고도 수율을 향상시킬 수 있으므로 비용이 절감되는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 퓨즈용 노광 마스크를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 퓨즈용 노광 마스크(300) 상에 퓨즈를 정의하는 차광 패턴(310)이 복수 개 구비되어 있다.

여기서, 차광 패턴(310)의 CD(Critical Dimension)는 400 ~ 600nm이며, 차광 패턴(310)과 인접한 차광 패턴(310) 간의 간격은 1300 ~ 1700nm인 것이 바람직하다.

그리고, 차광 패턴(310) 내측에 슬릿(Silt) 형태의 투광 패턴(320)이 구비되어 있으며, 차광 패턴(310)과 인접한 차광 패턴(310) 사이에 어시스트 바(Assist Bar)(330)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 슬릿 형태의 투광 패턴(320) 및 어시스트 바(330)는 어시스트 역할만해야 하므로, 해상도 이하의 CD(Critical Dimension)를 가지도록 형성하여 노광 공정 시 웨이퍼 상에 패터닝되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 슬릿 형태의 투광 패턴(320) 및 어시스트 바(330)의 CD(Critical Dimension)는 50 ~ 100nm으로 형성하는 것이 바람직하다.

도 4a 및 도 4b는 상기 '도 3'에 도시된 노광 마스크를 사용한 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법을 도시한 것이다.

도 4a를 참조하면, 게이트 및 비트 라인 등의 하부 구조물이 구비된 반도체 기판(미도시) 상부에 제 1 층간 절연막(400)을 형성한다.

다음에, 제 1 층간 절연막(400) 상부에 셀 영역에 금속 배선을 형성하고, 퓨즈 영역에 퓨즈를 형성하기 위한 금속층(미도시)을 형성한다. 여기서, 상기 금속 층(미도시)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W) 등을 포함하는 도전성 금속으로 형성하는 것이 바람직하다.

그 다음, 상기 금속층(미도시)을 패터닝하여 상기 셀 영역에 금속 배선을 형성하고, 상기 퓨즈 영역에 퓨즈 라인(410)을 형성한다.

여기서, 퓨즈 라인(410)을 형성하는 방법은 상기 금속층(미도시) 상부에 감광막(미도시)을 형성한 후 상기 '도 3'에 도시된 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 퓨즈 라인을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 그 다음, 상기 감광막 패턴(미도시)을 마스크로 상기 금속층(미도시)을 식각하여 형성한다.

이때, 상기 노광 마스크는 상기 '도 3'에서 도시된 바와 같이 슬릿 형태의 투광 패턴(상기 도 3의 '320') 및 어시스트 바(상기 도 3의 '330')가 구비되어 있으므로, 노광 공정 시 상쇄 및 보강 간섭 효과가 발생하여 퓨즈 라인의 프로파일(Profile)이 'B'와 같이 수직하게 형성되도록 한다.

또한, 상기 슬릿 형태의 투광 패턴(상기 도 3의 '320') 및 어시스트 바(상기 도 3의 '330')는 해상도 이하의 CD를 가지고 구비되어 있으므로, 패터닝 시 패턴으로 형성되지 않는다.

도 4b를 참조하면, 퓨즈 라인(410)을 포함하는 제 1 층간 절연막(400) 전체 상부에 제 2 층간 절연막(420) 및 보호막(430)을 형성한다.

다음에, 퓨즈 오픈 마스크(Fuse Open Mask)를 이용한 리페어(Repair) 식각 공정으로 퓨즈 라인(410) 상부의 보호막(430) 및 제 2 층간 절연막(420)을 식각하 여 퓨즈박스를 형성한다.

그 다음, 레이저를 이용한 리페어 공정으로 해당 퓨즈 라인(410)을 컷팅(Cutting)한다.

이때, 퓨즈 라인(410)이 수직 프로파일(Profile)을 가지고 있기 때문에 상기 리페어 공정 시 퓨즈 라인(410)의 상측부터 크랙(Crack)이 유발되도록 하여 FTA(Fixed To Attempt) 수율이 향상되도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 퓨즈 형성용 노광 마스크를 도시한 레이아웃.

도 2는 종래 기술에 따른 퓨즈 형성 방법을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 퓨즈 형성용 노광 마스크를 도시한 레이아웃.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 퓨즈 형성 방법을 도시한 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

300 : 노광 마스크 310 : 차광 패턴

320 : 투광 패턴 330 : 어시스트 바

400 : 제 1 층간 절연막 410 : 퓨즈 라인

420 : 제 2 층간 절연막 430 : 보호막

Claims (6)

1. 퓨즈 영역에 퓨즈를 형성하기 위한 노광 마스크에 있어서,

   퓨즈 라인을 정의하는 복수 개의 차광 패턴;

   상기 차광 패턴 내측에 구비된 슬릿(Silt) 형태의 투광 패턴; 및

   상기 차광 패턴 및 인접한 차광 패턴 사이에 구비된 어시스트 바(Assist Bar)

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투광 패턴 및 어시스트 바는 해상도 이하의 CD를 가지며, 노광 공정 시 웨이퍼 상에 패터닝되지 않는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 투광 패턴 및 어시스트 바의 CD는 50 ~ 100nm 인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 투광 패턴은 상기 차광 패턴의 중앙부에 구비되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
5. 반도체 기판 상부에 층간 절연막 및 금속층을 형성하는 단계;

   상기 금속층 상부에 감광막을 형성하는 단계;

   상기 청구항 1에 기재된 노광 마스크를 사용하여 상기 감광막에 대해 노광 및 현상을 수행하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 금속층을 식각하여 퓨즈 라인을 형성하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 퓨즈 라인은 수직 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 퓨즈 형성 방법.

Images