KR0168162B1 - 반도체 소자의 금속배선 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 금속배선 형성방법이 개시된다.
본 발명은 확산방지층 표면에 SiH4가스의 고온에서의 환원반응을 이용하여 실리콘 핵을 형성한 후, 실리콘 핵상에 실리콘 이온이 포함되지 않은 알루미늄 합금을 증착하여 금속배선을 형성한다.
따라서, 본 발명은 실리콘 핵과 알루미늄 이온이 고온에서 상호 격렬하게 확산되는 특성으로 콘택흘의 매립을 용이하게 하여 금속배선의 끊어짐 현상을 예방할 수 있어 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다

Description

반도체 소자의 금속배선 형성방법
제1a 내지 1e도는 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 접합부
3 : 층간 절연막 4 : 콘택홀
5 : 확산방지층 6 : 실리콘 핵
7 : 알루미늄 합금 7a : 금속배선
본 발명은 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 알루미늡 합금을 증착하여 금속배선을 형성할 때, 확산방지층 표면에 실리콘 핵을 생성시켜 알루미늄 합금의 층덮힘을 개선할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 콘택홀은 크기가 감소되고 단차비가 증가된다. 이러한 콘택홀을 통해 접합부에 접속되는 금속배선의 주재료로 알루미늄 합금이 사용되는데, 알루미늄 합금의 나쁜 층 덮힘율로 인하여 발생되는 콘택홀 매립에 관련된 문제점을 해결하여야 한다.
종래의 알루미늄 합금 중착방법은 크게 3가지 방법이 있다.
첫째, 저온 또는 고온에서 한번의 공정으로 증착하는 방법.
둘째, 50내지100℃의 저온에서 원하는 두께로 증착한 후, 이를 500내지 600℃의 고온에서 리플로우(reflow)시켜 콘택흘을 매립하는 방법．
셋째, 50내지 l00℃의 저온에서 원하는 두께의 일부만증착한 후, 450내지 600℃의 고온에서 나머지 두께를 증착하여 콘택흘을 매립하는 방법.
이와같은 3가지 방법은 접합부에서 알루미늄 이온과 실리콘 이온이 확산하여 상호 반응아는 것을 방지하기 위하여 TiN또는 TiW등으로 확산방지층을 형성하는데, 이 확산방지층의 형성으로 인하여 콘택홀의 단차비는 더욱 증가되고, 또한 확산방지층을 이루는 이온과 알루미늄 이온의 반응성이 나빠 층덮힘율을 더욱 저하시키는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하는 하나의 방안으로 알루미늄 타겟 자체에 실리콘 이온을 고용하여 플로우특성을 향상시키지만, 고용된 실리콘 이온이 고온공정에서 실리콘 덩어리를 형성하거나 알루미늄 이온의 확산을 저해하는 문제가 있어 콘택홀을 양호하게 매립함에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 알루미늄 합금 증착공정전에 확산방지층 표면에 실리콘 핵을 형성하고, 이후 실리콘 이온이 포함되지 않은 알루미늄 합금을 증착하므로서, 상기한 문제점을 해결할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속배선 형성방법은 실리콘 기판상에 층간 절연막을 형성한 후, 상기 층간 절연막의 소정부분을 식각하여 접합부가 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택흘을 포함한 상기 층간 절연막상에 착산방지층을 형성하는 단계와, 상기 확산방지층 표면에 실리콘 핵을 생성시키는 단계와, 상기 실리콘 핵상에 알루미늄 합금 증착공정을 실시하여 금속배선을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 제 1a 내지 1e도는 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 소자의 단면도이다. 제 1a도는 실리콘 기판(1)상에 층간 절연막(3)을 형성한 후, 콘택홀 마스크를 사용한 리소그라피 공정 및 층간 절연막(3)식각공정으로 접합 부(2)가 노출되는 콘택홀(4)을 형성한 것이 도시된다 콘택홀(4)을 형성하기 위한 식각공정은 콘택홀(4)의 단차비를 낮추어 층덮힘을 향상시키기 위하여 등방성과 비등방성의 2단계 식각공정으로 실시한다.
제 1b도는 알루미늄 이온과 실리콘 이온의 반응으로 인한 스파이 킹(sPiking)을 방지하기 위해 콘택홀 (4)을 포함한 층간 절연막(3)상에 TiN 또는 TiW등으로 확산방지층(5)을 형성한 것이 도시된다. 상기에서, 확산방지층(5)은 층덮힘이 나빠 콘택흘(4)내부에는 얇게 증착되고, 콘택흘(4)이외의 부분에는 두껍게 중착된다.
제 1c도는 확산방지층(5)표면에 실리콘 핵(a)을 생성시킨 것이 도시된다.
상기에서, 실리콘핵(a)은 300내지500℃ 온도와 200mTorr내지 5Torr 반응압력의 CVD(Chemical Vapor Deposition)챔버안으로 300내지 500SCCM의 SiH4가스를 흘려주어 형성된다. 즉, CVD챔버안으로 흘려진 SiH4가스는 Si와 H2로 분해가 일어나 확산방지층(5)표면에 실리콘 핵(a)이 생성 되게 된다.
제 1d도는 실리콘 핵(6)상에 알루미늄 합금(7)을 50내지 100℃의 저온에서 원하는 두께의 일부만 중착한 것이 도시된다.
상기에서, 알루미늄 합금(7)은 알루미늄에 구리가 0.5% 함유된 실리큰 이온이 포함되지 않은 알루미늄 합금(A1-O 5%Cu)이 사용된다.
제1e도는 450내지 600℃의 고온에서 나머지 두께의 알루미늄 합금을 중착하여 금속배선(7a)을 형성한 것이 도시된다. 고온에서의 알루미늄 합금 증착공정동안에, 실리콘 핵(a)과 저온에서 증착된 알루미늄 합금(7)의 알루미늄 이온이 상호 격렬하게 확산이 일어 나면서 콘택홀(4)상부의 알루미늄 합금(7)이 콘택홀(4)내부로 흘러들어가게 된다. 이로인하여 콘택홀(4)이 양호하게 매립된다.
한편, 확산방지층(5)표면에 실리콘 핵(a)을 생성시킨 후, 실리콘 핵(a)상에 알루미늄 합금(7)을50내지 100'C의 저온에서 원하는 두께로 중착한 후, 이를 500내지 600℃의 고온에서 리플로우(reflow)시켜 금속배선(7,4)을 형성할 수 있다.
상술한 바와같이 본 발명은 확산방지충 표면에 SiH4가스의 고온에 서의 환원반응을 이용하여 실리콘 핵을 형성한 후, 실리콘 핵상에 실리콘 이온이 포함되지 않은 알루미늄 합금을 중착하므로서, 실리콘 이온이 고용 된 알루미늄 타겟 사용에 따른 문제점을 해결하면서, 실리콘 핵과 알루미늄 이온이 고온에서 상호 격렬하게 확산되는 특성으로 콘택홀의 매립을 용이하게 하여 금속배선의 끊어짐 현상을 예방할 수 있어 반도체 소자의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 있어서, 실리콘 기판상에 층간 절연막을 형성한 후, 상기 층간 절연막의 소정부분을 식각하여 접합부가 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 포함한 상기 층간 절연막상에 확산방지층을 형성하는 단계와, 상기 확산방지층 표면에 실리콘 핵을 생성시키는 단계와, 상기 실리콘 핵상에 알루미늄 합금 중착공정을 실시하여 금속배선을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 핵은 300내지 500℃ 온도와 200mTorr내지 5Torr반 응압력의 CVD챔버안으로 300내지 500SCCM의 SiH4가스를 흘려주어 생성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 실리콘 이온이 포함되지 않은 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 알루미늄에 구리가 0.5% 함유된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 증착공정은 상기 실리콘 핵상에 알루미늄 합금을 저온에서 원하는 두께의 일부만 증착한 후, 고온에서 나머지 두께가 되 도록 알루미늄 합금을 증착하여 금속배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 알루미늄 합금의 저온증착시 온도는 50내지 100℃이고, 고온 증착시 온도는 450내지 600℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 증착공성은 실리콘 핵상에 알루미늄 합금을 저온에서 원하는 두께로 증착시킨 후, 증착된 알루미늄 합금을 고온에서 리플 로우시켜 금속배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
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