KR100227286B1 - 반도체 알루미늄 배선공정 - Google Patents

Abstract

알루미늄 증착시 콘택홀에서의 스텝커버리지를 개선하고 알루미늄 배선 패턴 형성시 식각 프로파일을 개선할 수 있는 알루미늄 배선공정이 개시되어 있다.

본 발명은, 반도체 알루미늄 배선공정에 있어서; 콘택홀을 구비하는 반도체 기판 상에 하부 알루미늄막과 상부 알루미늄막을 순차적으로 증착하되 상기 하부 알루미늄막과 상기 상부 알루미늄막의 두께비가 3:74:6인 비율로 증착되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 알루미늄 배선의 비저항을 감소시킬 수 있으며, 알루미늄 배선공정의 스텝커버리지를 개선하여 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

반도체 알루미늄 배선공정

본 발명은 반도체 알루미늄 배선공정에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 증착시 콘택홀에서의 스텝커버리지를 개선하고 알루미늄 배선 패턴 형성시 식각 프로파일을 개선할 수 있는 반도체 알루미늄 배선공정에 관한 것이다.

반도체 알루미늄 배선공정에 사용되는 알루미늄막의 종류에는 불순물이 전혀 첨가되지 않은 순수 알루미늄막과, 고온공정에서 알루미늄과 실리콘기판의 반응을 억제하여 알루미늄 스파이킹(spiking) 현상을 방지하기 위해 1의 실리콘이 첨가된 알루미늄막(A1+1Si)과, 알루미늄막의 전자이동 현상(electro-migration)을 억제하기 위해 1실리콘이 첨가된 알루미늄막이 다시 0.5의 구리 원소를 첨가한 알루미늄(A1+1Si+0.5Cu) 등이 있다.

한편, 반도체 알루미늄 배선공정에서 알루미늄막의 식각공정은 크게 두 가지 방법이 있으며, 그 첫 번째는 화학약품을 이용한 습식식각 방식이고 두 번째는 플라즈마 상태에서 물리적, 화학적으로 식각하는 건식식각 방식이 사용되는데, 현재 알루미늄막 식각공정은 주로 습식식각 방식이 사용되고 있다. 다만, 일부 품목에서 배선재료로서 A1+1Si+0.5Cu의 알루미늄막을 사용하는 경우 습식식각공정 이후 실리콘 잔류물 제거를 위해 건식식각 방식을 사용하고 있다.

반도체 소자 중에서 파워 트랜지스터 계열에서는 금속배선으로 사용되는 알루미늄막이 두꺼워야 하고 고온 신뢰성을 향상시키기 위해서 A1+1Si+0.5Cu의 알루미늄막을 사용한다. 이 경우 불순물의 첨가로 인하여 알루미늄막의 비저항이 증가하게 되고 알루미늄막의 습식식각 공정시에 알루미늄막의 두께 만큼 측면 식각이 진행되는데, 알루미늄막의 두께가 클수록 과식각(overetching) 정도가 심해지므로, 제4도에 도시된 바와 같이, 단차가 심한 콘택홀이나 단차가 심한 에지 부위에서 금속배선이 얇아져서 금속배선을 취약하게 만든다. 따라서, 금속배선이 가늘어지고 심한 경우 배선이 단선되어 소자의 신뢰성에 악영향을 미치게 된다.

한편, 알루미늄 박막의 형성시에 입자 크기의 조절은 알루미늄 증착 온도에 따라서 결정되는데, 증착온도가 높아질수록 입자의 크기가 커지고 증착온도가 낮아질수록 입자의 크기가 미세하게 된다. 또한 알루미늄 스퍼터링시 알루미늄막의 증착속도는 DC 파워에 따라 결정되는데, DC 파워를 높이면 증착속도는 증가하나 스텝커버리지가 나빠지고 DC 파워를 낮추면 스텝커버리지는 개선되지만 증착속도가 감소하여 양산성이 저하된다.

일반적으로 통상적인 알루미늄 증착공정은 고온에서 DC 파워를 높인 상태에서 알루미늄 소스를 스퍼터링하여 큰 알루미늄 입자 상태로 알루미늄막을 증착함으로써 알루미늄막의 비저항을 감소시키고 양산성을 높이게 되는데, 이러한 알루미늄 증착공정에서는 콘택홀의 종횡비(Aspect Ratio)가 클 경우 콘택홀의 내부에는 알루미늄 입자가 채워지지 않게 되어, 제3도에 도시된 바와 같이, 스텝커버리지가 나빠지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 알루미늄막의 구조와 증착방법을 개선하여 알루미늄 배선공정의 스텝커버리지를 향상시키고 알루미늄막의 식각공정을 안정화할 수 있는 반도체 알루미늄 배선공정을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 알루미늄 배선공정은 반도체 알루미늄 배선공정에 있어서; 콘택홀을 구비하는 반도체기판 상에 하부 알루미늄막과 상부 알루미늄막을 순차적으로 증착하되 상기 하부 알루미늄막과 상기 상부 알루미늄막의 두께비가 3:74:6인 비율로 증착된 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 알루미늄막 증착공정을 설명하기 위한 도면.

제2도는 본 발명에 따른 알루미늄막 식각공정을 설명하기 위한 도면.

제3도는 종래의 알루미늄막 증착공정을 설명하기 위한 도면.

제4도는 종래의 알루미늄막 식각공정을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실리콘기판 12 : 층간절연막

14 : A1+1+0.5Cu 16 : 알루미늄(Al)막

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 제1도를 참조하면, 실리콘기판(10)에 일련의 반도체소자 제조공정을 실시하여 여러 종류의 반도체소자(도시되지 않음)을 완성한 후 층간절연막(12)을 형성하고 통상의 사진 및 식각공정으로 금속배선을 위한 콘택홀을 형성한다.

이이서 실리콘기판에 알루미늄막 증착공정으로 1의 실리콘 원소와 0.5의 구리 원소가 첨가된 하부 알루미늄막(14)을 증착하여 상기 콘택홀을 채우게 되는데, 이때 하부 알루미늄 증착공정은 스텝커버리지를 향상시키기 위하여 상온에서 23KW 정도의 낮은 DC 파워에서 진행하여 미세한 입자를 지닌 균일한 알루미늄막을 형성하게 된다.

그 다음, 상기 하부 알루미늄막(14) 상부에 불순물이 첨가되지 않은 상부 알루미늄막(16)을 증착하게 되는데, 이때의 증착온도는 200250, 912kW 정도의 DC 파워에서 진행하여 알루미늄막의 증착속도를 증가시키고 알루미늄 입자를 크게 형성하여 상부 알루미늄막(16)의 비저항을 감소시킨다.

이때, 상기 하부 알루미늄막(14)과 상기 상부 알루미늄막(16)은 동일한 공정챔버에서 연속적으로 형성하여 하부 알루미늄막(14) 표면이 산화되는 것을 방지하는 것이 바람직하며, 상기 하부 알루미늄막(14)과 상기 상부 알루미늄막(16)의 두께비는 알루미늄 배선의 저항을 낮추기 위하여 3:74:6 정도로 유지하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 알루미늄막의 증착공정을 진행하게 되면 상기 불순물이 첨가된 하부 알루미늄막(14)의 상온 증착시 핵생성이 균일하게 이루어져 알루미늄막이 균일하게 성장되며, 이후의 상부 알루미늄(16) 증착시에도 균일한 증착이 이루어져 알루미늄 배선공정의 스텝커버리지가 향상된다.

상기와 같이 형성된 알루미늄막을 선택적으로 제거하여 알루미늄 배선을 형성하는 습식식각공정을 실시하게 되면 상부 알루미늄막(16)과 하부 알루미늄막(14)사이에 식각속도 차이가 생기게 되는데, 즉 상온에서 증착된 하부 알루미늄막(14)의 입자가 조밀하기 때문에 하부 알루미늄막(14)의 식각속도가 상부 알루미늄막(16)보다 작으므로 하부 알루미늄막(14)에서 과식각되는 양이 감소하게 되어, 제2도에 도시된 바와 같이, 측면식각량이 감소하게 되어 알루미늄 배선이 얇게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 알루미늄 배선의 비저항을 감소시킬 수 있으며, 알루미늄 배선공정의 스텝커버리지를 개선하여 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반도체 알루미늄 배선공정에 있어서; 콘택홀을 구비하는 반도체기판 상에 하부 알루미늄막과 상부 알루미늄막을 순차적으로 증착하되 상기 하부 알루미늄막과 상기 상부 알루미늄막의 두께비가 3:74:6인 비율로 증착된 것을 특징으로 하는 반도체 알루미늄 배선공정.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부 알루미늄막은 온도: 상온, DC 파워: 23kW의 조건에서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 알루미늄 배선공정.
3. 제1항에 있어서, 상기 상부 알루미늄막은 온도:200250, DC 파워: 912kW의 조건에서 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 알루미늄 배선공정.