KR950000481B1 - 금속배선층의 식각방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 종래 방법에 의해 경사진 금속배선층을 형성하는 공정도
제 2 도는 본 발명에 따른 금속배선층의 단면도
제 3 도는 식각가스의 혼합비율 및 공급전압과 경사각의 관계를 나타낸 그래프
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 금속배선층의 건식식각방법에 관한 것이다.
금속배선층은 상부의 감광막을 마스크로 하여 금속배선 건식식각 공정중에 발생된 활성 라디칼과 이온의 충격에 의해 식각되어 상기 금속배선층은 기판에 대해 90°의 경사각을 갖는 수직구조가 된다. 이는 반도체장치의 고집적화에 따른 각 소자의 미세구조 패턴형성의 관점에는 잘 부합한다. 그러나 금속배선층으로 사용되는 알루미늄층이 수직구조를 갖게되면, 상기 알루미늄 상부에 PSG(Phospho Silicate Glass)와 같은 절연물질이 도포될시 상기 수직구조의 모서리 부분에 의해 절연층의 두께가 불균일해진다. 그 결과 절연층 상부에 형성되는 금속층의 스텝커버리지가 저하되고 절연층 하부의 1차 금속층과 절연층 상부의 2차 금속층과의 단선이 유발된다. 따라서 수직구조의 금속배선층 보다 경사식각된 금속배선층의 형성이 요구된다.
금속배선층을 경사식각하는 종래의 기술중 금속배선을 건식식각할때 정전 척(electrostatic chuck)에 의해 냉각된 전극에 웨이퍼를 클램프시켜 기판의 온도를 30℃∼60℃로 유지시켜 경사진 금속배선층을 형성하는 방법이 미국특허 4,798,650호에 개시되어 있다. 일반적으로 알루미늄금속층을 형성할때 알루미늄층의 전기적 이동현상(electromigration) 및 스파이킹(spiking)을 억제하기 위해, 알루미늄에 0.5%∼2.0%의 구리 또는 실리콘을 첨가한다. 그런데 상기 미국특허에서 개시된 바와 같이 기판을 냉각시켜 건식 식각을 실시할 경우 식각시 발생하는 각종 화합물의 증기압이 낮아지게 된다. 그에따라 알루미늄층에 포함된 구리나 실리콘이 기판상에 잔류하게 되어 표면이 오염되어 문제점이 있었다.
또 다른 종래의 기술을 제 1a 도 내지 제 1c 도를 참고로 설명하면 하기와 같다. 상기 제 1a 도에서 반도체기판(11) 위에 절연층(13) 및 금속배선층(15)을 순차적으로 증착하여 형성한다. 상기 제 1b 도에서 상기 금속배선층(15) 위에 감광막(17)을 도포한 후 식각될 금속배선층의 상부의 감광막을 제거한다. 다음 습식식각으로 금속배선층의 일부분을 식각한다. 그후, 제 1c 도에서와 같이 식각될 나머지 금속배선층(15)이 건식식각에 의해 식각된다. 그러나 상기 제 1c 도의 기술은 습식식각을 행한후 건식식각을 실시하여 경사식각을 유도함에 의해 제조시간이 오래 걸리고 생산성도 저하되어 제조단가를 상승시키는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 금속배선층의 식각방법에 있어서 잔류물에 의한 기판의 오염을 줄이면서 금속배선층을 식각하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속배선층의 식각방법에 있어서 식각공정 시간을 단축하여 금속배선층을 경사식각 하기 위한 금속배선층의 식각방법을 제공함에 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 식각 가스인 Cl2와 BCl3의 혼합 비율과, 공급전압을 조절하여 건식식각을 실시함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 의한 식각 방법을 제 2a 도 및 제 2b 도에 도시하였다.
제 2a 도에 도시된 것과 같이, 반도체 기판(21) 위에 절연층(23), 알루미늄 합금배선층(25) 및 감광막(27)을 순차적으로 기판 전면에 걸쳐 형성한다. 상기 알루미늄 합금배선층(25)는 1%의 실리콘만이 함유되거나, 실리콘과 구리가 각각 1%, 0.5% 함유된 것이다. 다음 식각을 실시하여 배선으로 사용될 영역에 해당하는 알루미늄 합금배선층 상의 감광막(27)만을 남긴다. 그후 상기 기판은 건식식각시스템에 삽입되어 건식식각을 받게되는데, 식각가스는 Cl2,BCl3및 CHF3이다. 이때 반응조건은, 식각반응실 내의 압력은 30m Torr, 공급전압은 -220V로 고정시킨 후 식각가스로 사용되는 Cl2와 BCl3의 비율을 1:4로 하여 식각을 실시한다.
제 2b 도는 본 발명에 의해 형성된 경사식각된 알루미늄합금층(25) 위에 PSG(29)와 같은 절연층을 도포한 것으로, 스텝커버리지가 상당히 양호함을 알 수 있다.
제 3 도는 식각가스의 혼합비율 및 공급전압과 경사각의 관계를 나타낸 그래프로서, X축은 기판과 배선층의 측면이 이루는 경사도를 나타내고, 제 1Y 축은 식각가스의 혼합비율을 나타내며, 제 2Y 축은 공급전압을 나타낸다.
여기서, 그래프 a는 가스의 혼합비율과 측면경사도의 관계를, 그래프 b는 공급전압과 측면경사도의 관계를 나타낸 것으로, a와 b의 3차원적 관계를 2차원적으로 표시한다. 식각반응실내의 압력이 30m Torr, 공급전압이 -220V인 상태에서 식각가스의 혼합비율(Cl2: BCl3)을 1 : 4에서 1 : 3으로 또는 1 : 5으로 바꾸어 위의 건식식각을 실시하면, 1 : 4의 경우에 비해 1 : 3일때는 경사각이 더 커지고 1 : 5일때는 반대로 경사각이 작아진다. 한편 공급전압만을 변수로 하고 다른 요소는 고정시킬 경우 공급전압이 커짐에 따라 지면 금속배선층 측면부의 경사각이 완만해진다. 따라서 건식식각에 의한 금속배선 측면부의 경사각은 공급전압 및 식각가스의 혼합비율과 밀접하게 관련됨을 알 수 있다.
즉 공급전압과 Cl2: BCl3에 반비례하여 기판과 배선층 측면이 이루는 경사각이 증가됨을 알 수 있다. 공급전압이 -180V 이상이고 혼합비율이 1 : 3 내지 1 : 5에서 경사각이 60°∼80°가 된다. 이 경사각은 금속배선 공정이 적용되는 각각의 경우에 따라 최대의 효과를 내도록 조절될 수 있다.
상기에 기술한 바와 같이, 본 발명은 식각도중에 기판을 냉각시키지 않으므로 알루미늄 합금배선층에 포함된 구리나 실리콘이 기판표면에 잔류하는 것이 효과적으로 방지된다. 또한 습식식각을 실시하지 않고 오직 건식식각공정만으로 알루미늄 합금배선층이 90° 미만의 경사각을 갖게되므로 식각종정 시간을 단축하여 제조단가의 상승없이 금속배선층 상부의 절연층이 스텝커버리지가 양호하게 되어 1차 금속층가 2차 금속층과의 단락이 방지되는 효과가 있다. 공급전압과 식각가스의 혼합비율을 조절하여 건식식각 공정을 제어함으로써 경사각의 정도를 적절하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 금속배선층의 식각 방법에 있어서, 식각 반응실내로 유입되는 식각가스의 혼합비율과 공급전압중 적어도 하나의 조건을 변화시켜 금속배선층을 식각하여, 상기 금속배선층 측면부와 기판의 경사각이 90° 미만이 되게함을 특징으로 하는 금속배선층의 식각방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각가스가 Cl2와 BCl3와 CHF3로 이루어짐을 특징으로 하는 금속배선층의 식각방법.
- 제 2 항에 있어서 상기 BCl3의 양이 Cl2의 양의 3배 내지 5배임을 특징으로 하는 금속배선층의 식각방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공급전압이 -180V에서 -280V 사이임을 특징으로 하는 금속배선층의 식각방법.
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