KR100192184B1 - 콘택 플러그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본발명은 플러그를 알루미늄으로 형성하고, 그 상부에는 선택적인 알루미늄과 실리콘의 합금막을 형성하므로써, 콘택 플러그의 저항을 감소시킬 수 있는 콘택 플러그 제조방법을 개시한다. 이 방법은 고농도의 불순물 이온주입영역이 형성된 반도체 기판상에 절연용 산화막을 형성하는 단계; 불순물 이온주입영역 상부 소정부분의 절연막을 사진식각법에 의하여 콘택홀을 형성하는 단게; 식각후 남은 전류물을 NF3개스를 공급하여 플라즈마 식각하는 단계; 콘택홀 형상을 유지할 수 있는 정도의 소정 두께로 티타늄막과 티타늄질화막을 적층하는 단계; 소정 온도와 소정 시간동안 질소 및 수소개스를 소정의 비율로 공급하여 열처리하는 단계; 티타늄, 티타늄질화막이 적층된 콘택홀 내부에 감광막을 매립하는 단계; 절연용 산화막 표면의 노출된 티타늄 티타늄질화막을 비등방성 식각법으로 과도식각하는 단계; 매립된 감광막을 제거하는 단계; 콘택홀을 매립하는 알루미늄 플러그를 형성하는 단계; 알루미늄 플러그상에 알루미늄-실리콘의 합금을 인시튜로 형성하는 단계를 포함한다.

Description

콘택 플러그 제조방법
본 발명은 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 텅스텐과 알루미늄-실리콘 합금막을 플러그로 사용한 반도체 소자의 콘택 플러그 제조방법에 관한 것이다.
[종래의 기술]
최근 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 콘택홀의 크기도 약 0.5 ㎛이하로 축소되었으며, 이에 따라 콘택홀에 대한 단차비(aspect ratio)가 현조하게 증가되므로써, 제1도와 같은 텅스텐 플러그를 사용하게 되었음은 주지의 사실이다.
이하, 제1도를 참조하여 종래의 콘택 플러그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
고농도 불순물 이온주입 영역(2)이 형성된 반도체 기판(1)상에 소정의 절연용 산화막(3)을 형성하고, 사진식각법으로 콘택홀(미도시)을 형성하여 상기 고농도 불순물 이온주입 영역(2)을 노출시킨 다음, 글루 레이어인 Tk/TiN막(4) 및 전면 화학기상증착법에 의한 텡스텐막을 각각 순차적으로 증착하고, 상기 전면 텅스텐막을 비등방성 에치백하여 텅스텐 플러그(5)를 형성한다.
이와 같은 텅스텐 플러그에 있어서, 텅스텐의 저항은 6~15μΩ·㎝로서 알루미늄의 저항 2.7~3.0μΩ·㎝에 비해 상대적으로 높기 때문에 회로의 동작속도와 같은 소자의 특성면에서 단점을 갖게 된다.
본 발명은 플러그를 알루미늄으로 형성하고, 그 상부에는 선택적인 알루미늄과 실리콘의 합금막을 형성하므로써, 콘택 플러그의 저항을 감소시킬 수 있는 콘택 플러그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 종래의 실시예에 따라 형성된 콘택 플러그를 포함하는 반도체 소자의 부분 단면도.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 콘택 플러그를 제조하는 방법을 보여주는 공정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 반도체 기판 12 : 불순물 이온 주입영역
13 : 절연용 산화막 14 : 콘택홀
15 : 장벽 금속막 16 : 감광막
17 : 알루미윰-실리콘 합금막 18 : 알루미늄 플러그
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘택 플러그 제조방법은, 고농도의 불순물 이온주입영역이 형성된 반도체 기판상에 절연용 산화막을 형성하는 단계; 상기 불순물 이온주입영역 상부 소정부분의 절연막을 사진식각법에 의하여 콘택홀을 형성하는 단계; 전면을 NF3개스를 공급하여 플라즈마 식작하는 단계; 콘택홀 작상을 유지할 수 있는 정도의 소정 두께로 티타늄막과 티타늄질화막을 적층하는 단계; 소정 온도와 소정 시간동안 질소 및 수소개스를 소정의 비율로 공급하여 열처리하는 단계; 티타늄, 티타늄질화막이 적층된 콘택홀 내부에 감광막을 매립하는 단계; 상기 절연용 산화막 표면의 노출된 티타늄 티타늄질화막을 비등방성 식각법으로 과도식각하는 단계; 매립된 감광막을 제거하는 단계; 상기 콘택홀을 매립하는 알루미늄 플러그를 형성하는 단계; 상기 알루미늄 플러그상에 알루미늄과 실리콘의 합금을 인시튜로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
첨부한 도면 제2도는 본 발명의 실시예에 따른 콘택 플러그 형성과정을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
제2도의 (a)에 도시한 것처럼, 고농도의 불순물 이온주입영역(12)이 형성된 실리콘의 반도체 기판(11) 상에 소정의 절연용 산화막(13)을 형성한 다음, 상기 고농도 불순물 이온주입 영역(12) 상의 절연막의 소정 부분에 사진 식각법으로 콘택홀(14)을 형성하여 상기 고농도 불순물 이온주입영역(12)을 노츨시킨다.
다음으로, (b)와 같이, NF3개스에 의한 플라즈마 처리하여 사진식각공정에서 잔류하는 잔류물을 세정하고, 티타늄과 티타늄질화막을 1:2의 두께비가 되도록 약 200~400Å, 약 400~700Å의 두께로 각각 적층하여 장벽금속막(15)을 형성한 다음, 약 400~500℃에서 N2:H2=3:1의 비율로 30~60분동안 열처리한다.
다음으로 (c)와 같이, 상기 콘택홀(14) 내부를 감광막(16)으로 매립한다. 이 매립공정은 감광막 대신 폴리이미드를 사용하여도 동일한 효과를 얻는다.
그런다음, (d)와 같이, 상기 감광막(16)을 식각마스크로 하여 노출된 장벽금속막(15)을 비등방성 식각하므로써 콘택홀(14) 내부에만 장벽금속막(15)이 남도록 하고, 상기 감광막(16)을 제거한다. 상기 비등방성 식각단계는 과도식각을 실시하여 콘택홀 내벽에 형성된 장벽금속막(15)의 상부 소정부분이 식각되도록 한다.
다음으로, (e)와 같이, A1H(CH3)2인 dimethyaluminumhydride(DMAH)를 상온에서 증기화시킨 다음에 반응기에 H2개스를 운반개스로 하고, 그 공급유량을 500~1,000SCCM으로 하여 약 200~300℃, 1.5~2.5Torr의 조건으로 열처리하므로써, 약 5,000~7,000Å두께의 알루미늄 플러그(18)를 형성하고, 인-시튜(in-situ)로 상기 조건에 약 0.5~3%범위의 SiH4개스를 첨가하여 알루미늄-실리콘 합금막(17)을 약 50~500Å정도로 형성한다.
상기한 과정들을 통하여 형성된 콘택 플러그는 텅스텐에 비하여 낮은 저항을 갖고, 알루미늄 자체로만 콘택을 형성하는 경우와는 달리, 알루미늄과 실리콘의 합금막이 상부에 구비되므로 알루미늄의 산화를 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 콘택 플러그 제조방법은 콘택홀 내에 형성된 장벽금속막에만 선택적인 알루미늄 막을 형성하여 알루미늄 플러그를 형성하고, 알루미늄막의 산화보호막(또는 산화방지막)으로 알루미늄-실리콘 막을 형성하므로써, 반도체 장치의 신뢰성 및 전기적 특성을 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대해서 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (9)

  1. 고농도의 불순물 이온주입영역이 형성된 반도체 기판상에 절연용 산화막을 형성하는 단계; 상기 불순물 이온주입영역 상부 소정부분의 절연막을 사진식각법에 의하여 콘택홀을 형성하는 단계; 식각후 남은 잔류물을 NF3개스를 공급하여 플라즈마 식각하는 단계; 콘택홀 형상을 유지할 수 있는 정도의 소정 두께로 티타늄막과 티타늄질화막을 적층하는 단계; 소정 온도와 소정 시간동안 질소 및 수소개스를 소정의 비율로 공급하여 열처리하는 단계; 티타늄, 티타늄질화막이 적층된 콘택홀 내부에 감광막을 매립하는 단계; 상기절연용 산화막 표면의 노출된 티타늄 티타늄질화막을 비등방성 식각법으로 과도식각하는 단계; 매림된 감광막을 제거하는 단계; 상기 콘택홀을 매립하는 알루미늄 플러그를 형성하는 단계; 상기 알루미늄 프러그상에 알루미늄-실리콘 합금막을 인시튜로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 티타늄과 티타늄질화막의 두께비는 1:2인 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 질소와 수소의 공급비는 3:1인 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 콘택홀 매립용 감광막은 폴리이미드로 대체되는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄막은 상온에서 증기화되어 반응기로 운반된 dimethyaluminumhydride(DMAH)를 약 200~300℃온도와, 1.5~2.5Torr의 압력에서 형성하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 DMAH의 운반개스를 H2인 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 DMAH의 공급유량은 500~1,000SCCM인 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, DMAH상기 알루미늄-실리콘 합금막은 상온에서 증기화되어 반응기로 운반된 dimethyaluminumhydride(DMAH)와 0.5~3%의 SiH4개스를 약 200~300℃온도와, 1.5~2.5Torr의 압력에서 형성하는 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 알루미늄-실리콘 합금막의 두께는 50~500Å인 것을 특징으로 하는 콘택 플러그 제조방법.
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