KR20110078103A - Method for manufacturing pad metal of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 다층배선 제조 기술에 관한 것으로, 특히 관통 전극 형성 시 발생되는 제반 문제들을 해결하고 성능을 향상시키는데 적합한 반도체 다층배선 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 칩의 집적도가 증가함에 따라, 반도체 기판을 관통하는 관통 전극을 이용한 반도체 칩 또는 반도체 패키지 구조가 개시되고 있다. 통상적으로, 관통 전극은 도전성 패드와 그 패드 바로 아래로 다층 배선 패턴과 반도체 기판을 관통하도록 형성될 수 있다.As the degree of integration of semiconductor chips increases, a semiconductor chip or semiconductor package structure using a through electrode penetrating a semiconductor substrate is disclosed. Typically, the through electrode may be formed to penetrate the conductive pad and the multilayer wiring pattern and the semiconductor substrate directly below the pad.
도 1은 이러한 관통 전극이 형성된 반도체 다층배선 구조를 예시한 것이다.1 illustrates a semiconductor multilayer wiring structure in which such a penetrating electrode is formed.
도 1에 예시한 바와 같이, 도전성 패드와 반도체 기판을 관통하는 관통 전극(1)이 도시되며, 이러한 반도체 기판을 관통하는 관통 전극(1)을 통해 반도체 다층배선 구조에서 도전성 패드가 다른 반도체 칩 또는 기판과 연결될 수 있다.As illustrated in FIG. 1, a
이러한 관통 전극(1)은, 예를 들면 실리콘 관통 전극(Thru Silicon Via, TSV)이 적용될 수 있으며, 이러한 관통 전극(1)은 통상적으로 구리(Cu) ECP(Electrochemical Plating) 공정을 사용하여 배선이 형성된다.For example, a through electrode 1 (Thru Silicon Via, TSV) may be applied to the through
그런데, 이러한 구리 ECP 공정을 사용하여 관통 전극을 형성하는 경우, 기판(Si substrate)과의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE) 차이로 인해 크랙(crack)이 발생할 수 있다.However, when the through electrode is formed using the copper ECP process, a crack may occur due to a difference in coefficient of thermal expansion (CTE) with a substrate.
이외에도, 기존의 관통 전극을 갖는 반도체 다층배선 제조 공정에서는, 보이드(void) 문제, 깊은 비아(예를 들어, 70μm 이상의 비아)를 식각해야 하는 문제, 공정 시간이 길어지는 문제 등이 발생할 수 있다.In addition, in a conventional semiconductor multilayer wiring manufacturing process having a through electrode, a void problem, a problem of etching a deep via (for example, a 70 μm or more via), a problem of lengthening a process time, and the like may occur.
이에 본 발명에서는, ECP(Electrochemical Plating) 공정 대신 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 적용하고, 관통 전극 형성 공정을 적어도 2회로 구분하여 진행하도록 함으로써, 깊은 비아(deep via)를 식각할 때 발생하는 종횡비(spect ratio) 갭필(gap-fill) 문제를 해결할 수 있는 반도체 다층배선 제조 기술을 제안하고자 한다.Therefore, in the present invention, by applying a chemical vapor deposition (CVD) process instead of the ECP (Electrochemical Plating) process, and proceeds by separating the through-electrode forming process at least two times, the aspect ratio generated when etching the deep via (deep via) (spect ratio) This paper proposes a semiconductor multilayer wiring fabrication technique that can solve the gap-fill problem.
또한 본 발명에서는, 관통 전극을 슬릿(slit) 형태로 형성하여 증착 시간을 줄일 수 있는 반도체 다층배선 제조 기술을 제안하고자 한다.In addition, the present invention is to propose a semiconductor multilayer wiring manufacturing technology that can reduce the deposition time by forming a through electrode in a slit (slit) form.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 반도체 다층배선 제조 방법에 따르면, 반도체 기판과 제 1 층간 절연막을 통과하는 제 1 관통 전극을 형성하는 과정과, 제 2 층간 절연막을 형성하는 과정과, 상기 제 1 관통 전극과 상기 제 2 층간 절연막을 통과하는 제 2 관통 전극을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.According to the method for manufacturing a semiconductor multilayer wiring for solving the problems of the present invention, forming a first through electrode passing through the semiconductor substrate and the first interlayer insulating film, forming a second interlayer insulating film, and the first through And forming a second through electrode passing through an electrode and the second interlayer insulating layer.
여기서, 상기 제 1 관통 전극 및 상기 제 2 관통 전극은, 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 기법에 의해 형성될 수 있다.The first through electrode and the second through electrode may be formed by a chemical vapor deposition technique.
또한, 상기 제 1 관통 전극 및 상기 제 2 관통 전극은, 텅스텐(W) 또는 폴리실리콘(Si) 또는 구리(Cu) 중 어느 하나의 물질이 적용될 수 있다.In addition, any one of tungsten (W), polysilicon (Si), or copper (Cu) may be applied to the first through electrode and the second through electrode.
또한, 상기 제 1 관통 전극 및 상기 제 2 관통 전극은, 슬릿(slit)의 형태일 수 있다.In addition, the first through electrode and the second through electrode may be in the form of a slit.
또한, 상기 슬릿의 폭은, 500Å 내지 2μm일 수 있다.In addition, the width of the slit may be 500 kPa to 2 μm.
또한, 상기 제 2 관통 전극은, 상기 제 1 관통 전극과 얼라인(align)될 수 있다.In addition, the second through electrode may be aligned with the first through electrode.
또한, 상기 제 2 관통 전극은, 상기 제 1 관통 전극과 적외선(IR) 얼라인될 수 있다.In addition, the second through electrode may be aligned with the first through electrode (IR).
또한, 상기 반도체 다층배선 제조 방법은, 상기 반도체 기판의 상부 면에 제 1 하부 도전층을 형성하는 과정과, 상기 제 1 하부 도전층이 형성된 상기 반도체 기판의 상부 면에 상기 제 1 층간 절연막을 형성하는 과정과, 제 1 포토레지스트 패턴을 형성한 후 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 제 1 층간 절연막을 식각함으로써, 상기 제 1 관통 전극이 형성될 제 1 비아를 형성하는 과정 과, 상기 제 1 비아의 내부에 상기 제 1 관통 전극을 매립하는 과정과, 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 제 2 하부 도전층 및 상부 금속층을 순차 형성하는 과정과, 상기 제 2 하부 도전층 및 상기 상부 금속층이 형성된 상기 반도체 기판의 상부 면에 상기 제 2 층간 절연막을 형성하는 과정과, 제 2 포토레지스트 패턴을 형성한 후 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 제 2 층간 절연막을 식각함으로써, 상기 제 2 관통 전극이 형성될 제 2 비아를 형성하는 과정과, 상기 제 2 비아의 내부에 상기 제 2 관통 전극을 매립하는 과정을 포함할 수 있다.The method for manufacturing a semiconductor multilayer wiring may include forming a first lower conductive layer on an upper surface of the semiconductor substrate, and forming the first interlayer insulating layer on an upper surface of the semiconductor substrate on which the first lower conductive layer is formed. Forming a first via on which the first through electrode is to be formed by etching the first interlayer insulating layer using the first photoresist pattern as a mask after forming the first photoresist pattern; Embedding the first through electrode in the first via, removing the first photoresist pattern, and subsequently forming a second lower conductive layer and an upper metal layer, and forming the second lower conductive layer and the second lower conductive layer. Forming a second interlayer insulating film on an upper surface of the semiconductor substrate on which the upper metal layer is formed; and forming a second photoresist pattern, and then forming the second photoresist. Forming a second via to form the second through electrode by etching the second interlayer insulating layer using the mask pattern as a mask, and embedding the second through electrode in the second via. can do.
본 발명에 의하면, 반도체 다층배선 제조 공정에서, ECP(Electrochemical Plating) 공정 대신 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 적용하고, 관통 전극 형성 공정을 적어도 2회로 구분하여 진행하도록 함으로써, 깊은 비아(deep via)를 식각할 때 발생하는 종횡비(spect ratio) 갭필(gap-fill) 문제를 해결할 수 있다. 또한, 관통 전극을 슬릿(slit) 형태로 형성함으로써 전체 증착 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, in a semiconductor multilayer wiring manufacturing process, a chemical vapor deposition (CVD) process is applied instead of an electrochemical plating (ECP) process, and the through electrode forming process is performed by dividing at least two times into deep vias. It can solve the aspect ratio gap-fill problem that occurs when etching. In addition, the through electrode is formed in a slit form to reduce the overall deposition time.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like numbers refer to like elements throughout.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.In describing the embodiments of the present invention, it should be noted that in some alternative embodiments the functions mentioned in the blocks or steps may occur out of order. For example, the two blocks or steps shown in succession may in fact be executed substantially concurrently or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the functionality involved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다층배선 제조 방법을 예 시적으로 설명하는 공정 단면도이다.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor multilayer wiring in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2에 예시한 바와 같이, 반도체 기판(10), 예를 들면 실리콘 기판(Si substrate)의 상부 면에 제 1 하부 도전층(100)을 형성하고, 제 1 하부 도전층(100)이 형성된 반도체 기판(10) 상에 제 1 층간 절연막(102)을 형성할 수 있다.First, as illustrated in FIG. 2, the first lower
이후, 포토레지스트(도시 생략됨)를 도포한 후 노광 공정 등을 통해 제 1 포토레지스트 패턴(104)을 형성할 수 있다. 이러한 제 1 포토레지스트 패턴(104)은 후술하는 제 1 관통 전극이 형성될 비아(via)를 식각하는데 사용될 수 있다.Thereafter, after the photoresist (not shown) is applied, the first
이와 같은 제 1 포토레지스트 패턴(104)을 마스크로 하여 제 1 층간 절연막(102)을 식각함으로써, 제 1 관통 전극이 형성될 비아(도시 생략됨)가 형성될 수 있다.By etching the first
이러한 비아를 형성한 후, 상기 비아 내부에 본 실시예에 따른 제 1 관통 전극(106)을 매립할 수 있다. 이러한 제 1 관통 전극(106)은, 예를 들면 실리콘 관통 전극(Thru Silicon Via, TSV)으로서, 반도체 기판(10)과 제 1 층간 절연막(102)을 통과하도록 제공될 수 있다.After the vias are formed, the first through
이때, 제 1 관통 전극(106)은, 본 실시예에 따라 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD라 함) 기법에 의해 형성되는 것으로, 예를 들어 텅스텐(W) 또는 도핑된 폴리실리콘(poly Si) 또는 구리(Cu) 등 CVD 기법이 적용될 수 있는 모든 물질이 선택적으로 형성될 수 있다.In this case, the first through
또한, 제 1 관통 전극(106)은, 본 실시예에 따라 슬릿(slit) 형태로 제조되는 것을 특징으로 한다. 제 1 관통 전극(106)이 슬릿 형태로 제조됨으로써, 전체 증착 시간을 줄일 수 있다. 여기서, 제 1 관통 전극(106)의 슬릿 구조의 폭(width)은, 예를 들면 500Å 내지 2μm로 한정될 수 있을 것이다.In addition, the first through
한편, 도 3에서는, 제 1 포토레지스트 패턴(106)을 제거한 후, 제 2 하부 도전층(108) 및 상부 금속층(110)을 순차 형성하고, 제 2 하부 도전층(108) 및 상부 금속층(110)이 형성된 반도체 기판(10) 상에 제 2 층간 절연막(112)을 형성할 수 있다.In FIG. 3, after removing the first
이후, 포토레지스트(도시 생략됨)를 도포한 후 노광 공정 등을 통해 제 2 포토레지스트 패턴(114)을 형성할 수 있다. 이러한 제 2 포토레지스트 패턴(114)은 후술하는 제 2 관통 전극이 형성될 비아를 식각하는데 사용될 수 있다.Thereafter, after applying the photoresist (not shown), the second
후속되는 도 4에서는, 상술한 제 2 포토레지스트 패턴(114)을 마스크로 하여 제 2 층간 절연막(112)을 식각함으로써, 제 2 관통 전극이 형성될 비아(도시 생략됨)가 형성될 수 있다.In FIG. 4, a via (not shown) in which the second through electrode is to be formed may be formed by etching the second
이러한 비아를 형성한 후, 상기 비아 내부에 본 실시예에 따른 제 2 관통 전극(116)을 매립할 수 있다. 이러한 제 2 관통 전극(116)은, 예를 들면 실리콘 관통 전극(TSV)으로서, 제 1 관통 전극(106)을 통해 제 2 층간 절연막(112)을 통과하도록 제공될 수 있으며, 상술한 제 1 관통 전극(106)과 얼라인(align) 될 수 있도록, 예를 들면 적외선(IR) 얼라인 기법 등이 적용될 수 있다. 도 4에서 도면부호 112'는 이렇게 제 1 관통 전극(106)과 얼라인된 제 2 관통 전극(116)이 매립된 이 후의 제 2 층간 절연막을 나타낸다.After the via is formed, the second through
이때, 제 2 관통 전극(116)은, 본 실시예에 따라 CVD 기법에 의해 형성되는 것으로, 예를 들어 도핑된 폴리실리콘 또는 구리(Cu) 등 CVD 기법이 적용될 수 있는 모든 물질이 선택적으로 형성될 수 있다.In this case, the second through
또한, 제 2 관통 전극(116)은, 상술한 제 1 관통 전극(106)과 마찬가지로, 본 실시예에 따라 슬릿 형태로 제조되는 것을 특징으로 한다. 제 2 관통 전극(116)이 슬릿 형태로 제조됨으로써, 전체 증착 시간을 줄일 수 있다. 여기서, 제 2 관통 전극(116)의 슬릿 구조의 폭(width)은, 예를 들면 500Å 내지 2μm로 한정될 수 있을 것이다.In addition, the second through
이후, 도 5에서는, 식각 공정을 진행하여 제 2 층간 절연막(112’을 부분 제거하여 상부 금속층(110)을 오픈시킨다. 이때의 식각 공정은, 예컨대 건식 식각(dry etching) 공정, 또는 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 등을 적용될 수 있으며, 도 5에서 도면부호 112''는 이러한 식각 공정 이후의 제 2 층간 절연막을 나타낸다.Subsequently, in FIG. 5, an etching process is performed to partially remove the second
그런 후, 도 6에서는, 식각된 제 2 층간 절연막(112'') 및 오픈된 상부 금속층(110) 상부 면에 대해 확산 방지막으로서 TiSN(118), 금속막으로서 Al(120), 절연막으로서 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)(122), SiN(124) 등을 순차 적층함으로써, 패드 메탈이 형성된 반도체 다층배선 제조 공정이 완료될 수 있다.6,
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 반도체 다층배선 제조 공정에서, ECP(Electrochemical Plating) 공정 대신 CVD 공정을 적용하고, 관통 전극 형성 공정을 적어도 2회로 구분하여 진행하고, 관통 전극을 슬릿 형태로 형성하도록 구현한 것이다.As described above, in the present embodiment, in the semiconductor multilayer wiring manufacturing process, the CVD process is applied instead of the ECP (Electrochemical Plating) process, the through electrode forming process is divided into at least two times, and the through electrode is formed in the slit form. It is implemented.
한편, 지금까지 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, the embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims below. to be.
도 1은 종래의 반도체 다층배선 제조 방법을 설명하는 공정 단면도,1 is a cross-sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor multilayer wiring;
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다층배선 제조 방법을 설명하는 공정 단면도.2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor multilayer wiring in accordance with an embodiment of the present invention.
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