KR100272662B1 - 반도체장치의 금속배선의 제조방법 - Google Patents

Abstract

플러그를 사용하여 활성 영역과 배선 또는 하부 배선과 상부 배선을 연결하는 경우에, 플러그가 형성될 콘택/비아 홀에 형성되는 장벽 금속층 상면에 비정질 실리콘층을 형성하되 비정질 실리콘층의 형성시 분위기 가스로 F 보다 큰 할로겐 원자를 사용하여 비정질 실리콘층에서 Si-X(X는 Cl, Br, I, At중의 하나)결합이 형성되게 하므로, F 원자의 확산을 억제하여 장벽 금속층에 화산이 생기는 것을 억제한다. 이에 의해 배선 특성이 저하되지 않고 반도체 장치의 제조 수율 및 동작의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.

Description

반도체장치의 금속배선의제조 방법

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 텅스텐 플러그를 사용하여 배선과 활성 영역 또는 배선 간을 연결하는 반도체 장치의 배선 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치가 고집적화됨에 따라 배선 설계가 자유롭고 용이하며, 배선 저항 및 전류 용량을 여유있게 설정할 수 있는 다층 금속 배선 제조 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 다층 금속 배선 구조에서 특히 어스펙트 비가 1.0이하인 경우에는 금속 배선간의 수직 연결용인 비아/콘택홀 기술을 사용하며, 비아/콘택홀에 통상적으로 텅스텐 플러그를 채용하는 방법이 사용되고 있다.

제1(a)도 및 제1(b)도는 종래의 기술에 따른 텅스텐 플러그를 사용하는 금속 배선의 제조 방법을 나타낸다.

실리콘 기판(11)은 불순물 영역의 활성 영역(13)과 소자 분리 산화막(12)으로 나뉜다. 기판 전면에 평탄화용 산화막(14)을 형성한 후 사진 식각법을 이용하여 콘택홀(15)을 형성한다. 다음, 배선용 알루미늄과 실리콘 기판과의 접합 스파이킹을 방지할 목적의 장벽 금속층으로 Ti층 (16)과 TiN층(17)을 형성한다. 텅스텐 플러그를 형성하기 위해 결과물 전면에 텅스텐(18)을 화학 기상 증착법으로 상기 콘택홀을 채우도록 두껍게 형성한다.

그런데, 증착시 소오스 가스인 WF₆에 의해 F원자가 하부의 원주형 결정인 TiN층(17)의 결정립계를 통하여 Ti층 (16)으로 확산되어 TiFx의 화산(19)이 생성된다. 상기 화산에 의해 장벽 금속층 및 텅스텐 플러그의 전기적 특성이 열화되고 배선의 기능이 저하되어 결과적으로 반도체 장치의 제조 수율과 동작의 신뢰성을 저하시킨다.

따라서, 본발명의 목적은 플러그를 채용하는 반도체 장치의 금속 배선에서 장벽 금속층에 화산이 생기는 것을 방지하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법을 제공함에 있다.

제1(a)도 및 제1(b)도는 종래 기술에 따른 반도체 장치의 금속 배선 제조 공정도.

제2도는 종래 기술에 따른 반도체 장치의 금속 배선에 화산이 형성됨을 보여주는 단면 사진.

제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선 제조 공정도.

제4도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 금속 배선의 단면 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11, 31 : 반도체 기판 13, 33 : 불순물 영역

16, 17, 25, 29 : 장벽 금속층 15, 40 : 콘택홀

18, 27 : 텡스텐층 19 : 화산

27a : 텡스텐 플러그 26 : 비정질 실리콘층

30 : 알루미늄 합금 배선

본 발명을 달성하기 위한 반도체 장치의 금속 배선 제조 방법은 반도체 기판 상면에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 상면에 콘택홀을 구비한 장벽층을 형성하는 단계, F 원자보다 원자크기가 큰 할로겐 원자 중의 하나를 분위기 가스로 사용하여 상기 장벽층 상면에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계, 및 상기 콘택홀을 채우는 텅스텐 플러그를 형성하는 단계를 구비하며, 상기 텅스텐 플러그 상면에 제2 장벽층을 형성하는 단계와 상기 제 2 장벽층 상면에 배선층을 형성하는 단계 및 상기 배선층 상면에 난반사층을 형성하는 단계를 더 구비한다.

할로겐 원자에 의해 비정질 실리콘층 내에서 Si-X(X는 Cl, Br, I, At중의 하나)결합을 하여 F 원자의 확산이 억제되어 장벽층에 화산이 형성되지 않는다.

[실시예]

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

제3(a)도에서, 반도체 기판(21)상에 소자 분리용 필드 산화막(22)과 고농도의 불순물 영역(23)을 형성한다. 평탄화용 절연층(24)을 기판(21) 상면에 형성하고 사진 식각법을 이용하여 활성 영역인 불순물 영역이 노출되도록 콘택홀(40)을 형성한다. 다음 장벽 금속층으로 약 300 내지 800Å의 Ti층(25)을 형성한 뒤 상기 Ti층(25)상면에 약 500내지 1500Å의 비정질 실리콘층(26)을 형성한다. 비정질 실리콘층(26)은 F 원자 보다 원차량이 큰 Cl, Br, I, At와 같은 할로겐 원자중의 하나를 분위기 가스로 SiH4 또는 SiCl₂H₂를 소오스 가스로 사용하여 약 200 내지 400mTorr, 내지 500℃에서 형성된다. 이렇게 사용된 할로겐 원자는 비정질 실리콘층(26) 내에서 Si-X(X는 Cl, Br, I, At중의 하나)결합을 이루어 F원자가 확산되는 것을 억제한다. 다음 비정질 실리콘층(26)의 저항을 감소시키기 위해 인을 이온 주입한다.

제3(b)도에서, 상기 콘택홀을 채우도록 비정질 실리콘층(26) 상면 전면에 WF6 및 H2 가스의 치환 반응을 이용하여 약 6000내지 8000Å의 텅스텐층(27)을 화학 기상 증착법으로 증착하고 급속 열처리한다.

제3(c)도에서, 텅스텐층(27)은 SF₆+Ar+O₂플라즈마를 이용하여 에치백되어 상기 비정질 실리콘층(26)을 노출시키는 텅스텐 플러그(27a)를 형성한다. 다음 결과물 전면에 약 300 내지 800Å의 제 2 장벽 금속층으로 Ti(29), 약 5000 내지 8000Å의 배선층인 알루미늄 합금층(30) 및 약 300내지 600Å의 난반사용 TiN층(31)을 순차적으로 형성한 후 사진 식각법을 이용하여 절연층(24)의 일부를 노출시켜 배선을 완성한다.

본 발명의 실시예에서는 활성 영역(23)과 배선(30)간의 연결에 대해 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않고 상부 배선과 하부 배선을 플러그를 통해 연결하는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.

장벽 금속층 상면에 비정질 실리콘층을 형성하되 상기 비정질 실리콘층의 형성시 분위기 가스로 F 보다 원자량이 큰 할로겐 원소를 사용하여 비정질 실리콘층에서 Si-X(X는 Cl, Br, I, At중의 하나)결합이 형성되므로, F 원자의 확산이 억제되어 장벽 금속층에 화산이 생기지 않음을 제4도로부터 확인할 수 있다. 따라서 배선 특성이 저하되지 않고 반도체 장치의 제조 수율 및 동작의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 기판 상면에 콘택홀을 구비한 절연층을 형성하는 단계, 콘택홀을 포함한 상기 절연층 상면에 장벽층을 형성하는 단계, F 원자보다 원자량이 큰 할로겐 원자 중의 하나를 분위기 가스로 사용하여 상기 장벽층 상면에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계, 및 상기 콘택홀이 채워지도록 상기 비정질 실리콘층상에 텅스텐 플러그를 형성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 플러그를 포함한 반도체 기판 상면에 제2장벽층을 형성하는 단계와 상기 제2장벽층 상면에 배선층을 형성하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 배선층 상면에 난반사층을 형성하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 할로겐 원자는 Cl, Br, I, At중의 어느 하나임을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 비정질 실리콘층의 형성 조건은 SiH₄또는 SiCl₂H₂를 소오스 가스로 약 200 내지 400mTorr, 400 내지 500℃임을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 비정질 실리콘층의 두계는 약 500 내지 1500Å임을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선의 제조 방법.

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