KR100247645B1 - 반도체 소자의 금속 배선 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선을 형성하기 위하여 저온 및 고온으로 단계로 금속 합금층을 증착하는 공정에서 발생되는 결함을 제거하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키는 반도체 소자의 금속 배선 방법에 관한 것이다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 저온 및 고온의 증착 공정으로 형성된 금속 합금층으로 형성된 금속배선을 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 방법으로서, 반도체 소자의 금속 배선을 형성하기 위한 콘택홀 또는 비아가 기형성된 반도체 기판의 전체 구조 상에, 제1 증착 온도로 소정 두께의 제1 금속 합금층을 증착하는 단계; 상기 제1 금속 합금층 표면의 합금 물질을 제거하기 위하여 아르곤 이온을 스퍼터링하는 단계; 상기 금속 합금층 상에 제2 증착 온도로 제2 금속 합금층을 소정 두께 증착하는 단계; 상기 제2 금속 합금층 상에 반사 방지막을 증착하는 단계;및 사진 식각 공정을 통하여 상기 반사 방지막과 금속 합금층을 차례로 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 금속 배선을 위한 금속 합금층을 저온 및 고온으로 증착하는 공정으로 인해 발생되는 결함을 제거하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키는 반도체 소자의 금속배선 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 알루미늄의 전기 비저항은 2.7μΩ-cm로 비교적 낮고 실리콘 산화막과 밀착성이 우수하여 반도체 소자의 금속 배선에 주로 사용된다.
또한, 알루미늄 합금은 순수 알루미늄에 비해 양호한 일렉트로마이그레이션 저항성과 콘택 형성 특성 등을 가지고 있어 금속 배선 물질로 보다 선호된다.
종래에는 반도체 소자의 알루미늄 합금의 금속 배선을 형성하기 위하여, 온도를 달리하여 2 단계로 증착한다.
1차로 Ti 또는 TiN 하부층 위에 유동되는 알루미늄 합금의 연속성(Continuity)을 위하여 150℃ 정도의 저온에서 소정 두께 알루미늄 합금을 증착한 다음, 2차로 450℃ 정도의 고온에서 소정 두께의 알루미늄 합금층을 증착하여 유동하게 함으로써 보이드(Void)를 제거하고 층덮힘(Step coverage) 특성을 향상시킨다.
그런 다음, 알루미늄 합금층 증착 후 사진 공정을 진행하기 위하여 알루미늄 합금층 상에 반사 방지막인 ARC-TiN막을 증착한다.
그러나, 고온으로 알루미늄 합금층을 증착하는 경우, 하부의 저온 증착된 알루미늄 합금층의 구리나 실리콘 등의 합금 물질이 표면으로 석출된다.
따라서, 도 1a의 사진과 같이 저온 증착된 알루미늄 합금층의 표면에 석출물이 형성되고, 이 석출물로 인해 그 주변이 움푹 패이게 된다. 이로 인해, 추후 알루미늄 합금층 상에 ARC-TiN막을 증착하는 경우, 이 패인 부분에서 TiN막에 틈(Crack)이 생긴다.
이에 따라, 후속되는 사진 공정의 현상 공정에서 현상액이 틈 사이로 스며들게 되고, 이 현상액은 알루미늄과 반응하여 이물질을 형성하여 링 결함(Ring defect)을 발생시킨다.
도 1b는 상기와 같이 사진 식각 공정을 통하여 상기 저온 및 고온으로 증착된 알루미늄 합금층을 금속 배선으로 형성한 사진으로, 중앙에 링 결함이 형성되어 있음을 보여준다.
상기에서 언급한 바와 같이 종래의 알루미늄 합금으로된 금속 배선 형성 공정시 저온으로 소정 두께 증착한 다음 다시 고온으로 증착하는 단계에서, 저온 증착된 알루미늄 합금층 표면에 합금 물질이 용출된 석출물과 패인 부분을 형성하여 후속 공정에서 링 결함을 발생시켜 반도체 소자에 대한 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 저온 및 고온의 2 단계로 알루미늄 합금층을 증착시 발생되는 결함을 제거하기 위하여, 저온 알루미늄 합금층을 형성한 후 아르곤 이온을 사용한 RF (Radio-Frequency) 스퍼터링 공정으로 저온 알루미늄 합금층 상의 합금 물질을 미리 제거하여 결함 발생 가능성을 제거함으로써 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1a도 및 제1b도는 종래 반도체 소자의 2단계 알루미늄 배선 공정에 따른 결함을 나타내는 사진.
제2a도 및 제2c도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성과정을 나타내는 공정 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
200 : 반도체 기판 210 : 소자 분리막
220 : 게이트 전극 230 : 층간 절연막
240 : 접합 영역 250 : Ti/TiN막
260a, 260b : 알루미늄 합금층 270 : ARC-TiN
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 저온 및 고온의 증착 공정으로 형성된 금속 합금층으로 형성된 금속 배선을 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 방법으로서, 반도체 소자의 금속 배선을 형성하기 위한 콘택홀 또는 비아가 기형성된 반도체 기판의 전체 구조 상에, 제1 증착 온도로 소정 두께의 제1 금속 합금층을 증착하는 단계; 상기 제1 금속 합금층 표면의 합금 물질을 제거하기 위하여 아르곤 이온을 스퍼터링하는 단계; 상기 금속 합금층 상에 제2 증착 온도로 제2 금속 합금층을 소정 두께 증착하는 단계; 상기 제2 금속 합금층 상에 반사 방지막을 증착하는 단계; 및 사진 식각 공정을 통하여 상기 반사 방지막과 금속 합금층을 차례로 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2a 및 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 과정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(200) 상에 소자 분리막(210)과 게이트 전극(220)이 형성된 전체 구조 상에 층간 절연막(230)을 증착한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 접합 영역(240) 상에 콘택홀을 형성한다.
그런 다음, 전체 구조 상에 금속 장벽층으로 Ti/TiN막(250)을 증착한다. 이어서, 상기 Ti/TiN막(250) 상에 0~150℃의 저온으로 제1 알루미늄 합금층(260a)을 소정 두께 증착한다. 상기 알루미늄 합금층으로는 Al- 1% Si 또는 Al- 1% Si- 0.5% Cu를 사용한다.
이어서, 후속되는 고온 공정에서 합금 물질이 석출되거나 링 결함을 발생시키는 것을 방지하기 위하여, 도 2b와 같이 RF 스퍼터 식각 챔버에서 상기 제1 알루미늄 합금층 상에 아르곤 이온으로 스퍼터링한다.
이와같이, 아르곤 이온이 상기 제2 알루미늄 합금층 상의 구리나 실리콘과 같은 합금 물질을 제거함으로써, 결함 발생 가능성을 미리 제거한다.
그런 다음, 도 2c와 같이 300~500℃의 고온으로 제2 알루미늄 합금층(260b)을 소정 두께 증착한다. 이어서, 후속되는 사진 공정시 알루미늄 반사율을 줄이기 위하여 ARC-TiN막(270)으로 구성된 반사 방지막을 증착한다.
이후 공정은 종래와 같다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 저온 및 고온의 2 단계로 알루미늄 합금층을 증착시 발생되는 결함을 제거하기 위하여, 저온 알루미늄 합금층을 형성한 후 아르곤 이온을 사용한 RF 스퍼터링 공정으로 저온 알루미늄 합금층 표면의 합금 물질을 제거하여 미리 결함 발생 가능성을 제거함으로써 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (6)
- 저온 및 고온의 증착 공정으로 형성된 금속 합금층으로 형성된 금속 배선을 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 방법으로서, 반도체 소자의 금속 배선을 형성하기 위한 콘택홀 또는 비아가 기형성된 반도체 기판의 전체 구조 상에, 제1 증착 온도로 소정 두께의 제1 금속 합금층을 증착하는 단계; 상기 제1 금속 합금층 표면의 합금 물질을 제거하기 위하여 아르곤 이온을 스퍼터링하는 단계; 상기 금속 합금층 상에 제2 증착 온도로 제2 금속 합금층을 소정 두께 증착하는 단계; 상기 제2 금속 합금층 상에 반사 방지막을 증착하는 단계; 및 사진 식각 공정을 통하여 상기 반사 방지막과 금속 합금층을 차례로 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 합금층은 알루미늄 합금층인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 증착 온도는 0℃에서 150℃ 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 증착 온도는 300℃에서 500℃ 사이인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링은 아르곤 가스를 사용하는 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반사 방지막은 티타늄 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 방법.
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