KR20020086100A - 다층 배선의 콘택 형성 방법 - Google Patents

Abstract

기판 상부에 제1 배선층 위에 층간 절연막 및 질화막을 차례로 적층하고, 이들을 패터닝하여 제1 배선층의 일정 영역이 드러나도록 콘택 홀을 형성한다. 다음, 베리어 금속층 및 플러그용 텅스텐막 차례로 증착한 다음, 그 하부의 질화막이 드러날 때까지 텅스텐막과 베리어 금속층을 에치 백하여 플러그를 형성한다. 이어 드러난 질화막을 제거하여 플러그가 층간 절연막 표면 상부로 돌출되도록 하고, 플러그를 통하여 제1 배선층과 전기적으로 연결되는 제2 배선층을 형성한다.

Description

다층 배선의 콘택 형성 방법{a forming method of a contact for multi-level interconnects}

본 발명은 다층 배선의 콘택(contact) 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 층에 위치하는 실리콘 기판과 배선, 또는 배선과 배선을 전기적으로 연결시켜 주기 위한 콘택 또는 비아(via)의 형성 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 집적회로가 고집적화 됨에 따라 제한된 면적 내에서 배선과 배선을 효과적으로 연결하는 방법들이 제시되고 있다. 그 중, 집적 회로에서의 배선을 다층화하는 다층 배선 방법이 주로 사용되고 있는데, 반도체 소자간에 배선이 통과되는 공간을 고려할 필요가 없기 때문에 반도체 소자의 크기를 작게 가져갈 수 있다. 이러한 다층 배선 구조에서는 각 층 간에 존재하는 콘택 또는 비아의 수가 매우 많으며, 이들은 서로 도통하므로, 아주 낮은 콘택 저항값을 가지고 있어야 한다.

그러면, 도 1a 내지 도 1c를 참고로 하여 종래의 기술에 따른 콘택 형성 방법에 대하여 설명한다. 여기서는 편의상, 배선 간의 연결부인 비아(via)를 콘택의 범위에 포함시켜 콘택으로 지칭하여 설명하겠다.

먼저, 실리콘 웨이퍼(10) 위에 제1 배선층(20)을 형성하고, 그 위에 TEOS(thetraethyle orthosilicate)막 및/또는 BPSG막 등으로 층간 절연막(30)을 형성한 다음, 기계 화학적 연막(chemical mechanical polishing)을 실시하여 층간 절연막(30)을 평탄화한다. 다음, 층간 절연막(30)을 패터닝하여 제1 배선층(20)의 일정 영역이 드러나도록 콘택 홀(contact hole)을 형성한다.

이후, 도 1a에 도시한 바와 같이, 티타늄(Ti)/질화티타늄(TiN)을 증착하여 베리어 금속층(40)을 형성하고, 플러그(plug)용 금속막인 텅스텐막(50)을 연속적으로 형성한다.

다음, 도 1b에 도시한 바와 같이, 텅스텐막(50)을 에치 백(etch back)하여 플러그(51)를 형성한다. 이때, 하부 막질인 베리어 금속층(40)이 충분히 드러나도록 하기 위해 텅스텐막(50)을 오버 에치(over etch)하므로, 플러그(51)가 콘택홀 안쪽으로 우묵하게 패이는 현상인 리세스(recess)가 발생한다.

따라서, 도 1c에서와 같이, 제2 배선층을 형성하기 위해 알루미늄(Al)막(60)을 증착할 경우, 플러그(51)의 리세스가 발생한 부근에서 알루미늄막(60)의 적층 프로파일(profile)이 불량해진다.

플러그(51)의 리세스가 심한 경우에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 알루미늄막(60)에 보이드(void)가 발생하기도 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 콘택 형성 방법에서는, 플러그의 리세스에 의해 상부의 배선층의 적층 프로파일이 나쁘게 형성되기 때문에, 접촉이 불안정해지고 저항이 증가하여, 결과적으로는 반도체 소자의 특성이 저하된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 과제는 콘택 부근에서의 배선층의 프로파일을 개선하여 배선의 콘택 저항을 감소시키는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 미스 얼라인 발생이 콘택 형성 및 이후 콘택 특성에 영향을 미치지 않도록 공정 마진을 확보하는 것이다.

도 1a 및 도 1c는 종래의 기술에 따른 다층 배선의 콘택 형성 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이고,

도 2는 종래의 기술에 따른 다층 배선의 콘택을 나타낸 단면도이고,

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선의 콘택 형성 방법을 도시한 단면도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선의 콘택 구조를 도시한 단면도이다.

이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 플러그를 층간 절연막의 상부까지 나오도록 형성한다.

본 발명에 따른 다층 배선의 콘택 형성 방법에서는, 우선, 기판의 상부에 제1 배선층을 형성하고, 그 상부에 배선층을 덮는 층간 절연막 및 질화막을 차례로 적층한다. 이어, 질화막 및 층간 절연막을 패터닝하여 제1 도전층을 드러내는 콘택 홀을 형성하고, 콘택 홀의 내부에 베리어 금속층을 형성한다. 이어, 플러그용 금속막을 적층하고, 베리어 금속층 및 플러그용 금속막을 에치 백하여 플러그를 형성한다. 이어, 질화막 제거하여 층간 절연막을 드러내고, 플러그를 통하여 제1 배선층과 전기적으로 연결되는 제2 배선층을 형성한다.

여기서, 플러그용 금속막은 텅스텐으로 형성할 수 있다. 또한, 베리어 금속층은 Ti/TiN으로 형성하고, 플러그는 층간 절연막 밖으로 돌출되도록 형성하는 것이 바람직하다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선의 콘택 형성 방법을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선의 콘택 형성 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층 배선의 콘택 구조를 도시한 단면도이다.

먼저, 도 3a에서 보는 바와 같이, 종래의 기술에서와 마찬가지로, 규소 기판(10)의 상부에 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같이 저저항을 가지는 도전 물질을 적층하고 패터닝하여 제1 배선층(20)을 형성하고, 그 위에 TEOS막 및/또는 BPSG막 등으로 층간 절연막(30)을 형성한 다음, 기계 화학적 연마를 실시하여 층간 절연막(30)을 평탄화한다..

이어, 도 3b에서 보는 바와 같이, 층간 절연막(30)의 상부에 화학 기상 증착 방법을 이용하여 질화막(90)을 형성하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 질화막(30) 및 층간 절연막(30)을 패터닝하여 제1 배선층(20)의 일정 영역이 드러내는 콘택 홀(91)을 형성한다.

이후, 도 3c에 도시한 바와 같이, 콘택부의 접촉 저항을 최소화하고 오버행 등을 방지하기 위하여 티타늄(Ti) 및 질화티타늄(TiN) 등을 차례로 적층하여 베리어 금속층(40)을 형성한 다음, 그 상부에 플러그(plug)용 금속막인 텅스텐막(50)을 연속적으로 증착한다.

이어, 도 3d에 도시한 바와 같이, 텅스텐막(50)과 베리어 금속층(40)을 그 하부의 질화막(90)이 드러날 때까지 에치 백하여 콘택부에 플러그(51)를 형성한다.

이어, 도 3e에서 보는 바와 같이, 질화막(90)을 식각하여 층간 절연막(30)의 상부로 베리어 금속층(40)과 플러그(51)을 드러낸다.

이어, 도 4에서 보는 바와 같이, 배선용 도전 물질인 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 적층하고 패터닝하여 제2 배선층(60)을 형성한다.

이러한 본 발명의 실시예에 따라 완성된 다층 배선의 콘택 구조는, 기판(10)의 상부에 제1 배선층(20)이 형성되어 있고, 제1 배선층(20)을 덮는 층간 절연막(30)이 형성되어 있다. 층간 절연막(30)은 제1 배선층(20)을 드러내는 콘택 홀(91)이 형성되어 있으며, 콘택 홀(91)의 내벽에는 베리어 금속층(40)이 형성되어 있으며, 베리어 금속층(40)의 안쪽에는 층간 절연막(30) 밖으로 돌출되어 있는 플러그(51)가 형성되어 있다. 층간 절연막(30)의 상부에는 플러그(51) 및 베리어 금속층(40)을 덮는 제2 배선층(60)이 형성되어 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에서는 플러그를 층간 절연막의 밖으로 나오도록 형성함으로써 콘택 홀의 내부에 보이드가 발생하는 것을 방지할 수 있어, 콘택부의 접촉 저항을 크게 감소시킬 수 있으며 콘택 특성에 영향을 미치지 않도록 공정 마진을 확보할 수 있다. 따라서, 반도체 칩의 작동 특성의 저하를 막을 수 있다.

Claims (2)

1. 기판의 상부에 제1 배선층을 형성하는 단계,

   상기 제1 배선층을 덮는 층간 절연막을 적층하는 단계,

   상기 층간 절연막의 상부에 질화막을 형성하는 단계,

   상기 질화막 및 상기 층간 절연막을 패터닝하여 상기 제1 도전층을 드러내는 콘택 홀을 형성하는 단계,

   상기 콘택 홀의 내부에 베리어 금속층을 형성하는 단계,

   플러그용 금속막을 적층하는 단계,

   상기 베리어 금속층 및 상기 플러그용 금속막을 에치 백하여 플러그를 형성하는 단계,

   상기 질화막 제거하여 상기 층간 절연막을 드러내는 단계,

   상기 플러그를 통하여 상기 제1 배선층과 전기적으로 연결되는 제2 배선층을 형성하는 단계

   를 포함하는 다층 배선의 콘택 형성 방법.
2. 제1항에서,

   상기 플러그는 상기 질화막 밖으로 돌출되도록 형성하는 다층 배선의 콘택 형성 방법.