KR100354436B1 - 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법 - Google Patents

알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100354436B1
KR100354436B1 KR1019990023601A KR19990023601A KR100354436B1 KR 100354436 B1 KR100354436 B1 KR 100354436B1 KR 1019990023601 A KR1019990023601 A KR 1019990023601A KR 19990023601 A KR19990023601 A KR 19990023601A KR 100354436 B1 KR100354436 B1 KR 100354436B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aluminum film
vapor deposition
chemical vapor
manufacturing
metal
Prior art date
Application number
KR1019990023601A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000022650A (ko
Inventor
윤미영
이상인
임현석
Original Assignee
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자 주식회사 filed Critical 삼성전자 주식회사
Priority to KR1019990023601A priority Critical patent/KR100354436B1/ko
Priority to JP27501099A priority patent/JP2000323481A/ja
Publication of KR20000022650A publication Critical patent/KR20000022650A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100354436B1 publication Critical patent/KR100354436B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/60—Handles
    • F16K31/602—Pivoting levers, e.g. single-sided
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03C—DOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
    • E03C1/00—Domestic plumbing installations for fresh water or waste water; Sinks
    • E03C1/02—Plumbing installations for fresh water
    • E03C1/04—Water-basin installations specially adapted to wash-basins or baths

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 집적 회로에 있어서 금속 배선의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 화학 기상 증착 방식을 이용한 알루미늄막 배선 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 알루미늄 화학 기상 증착 방식은 메틸 파이로리딘 알레인(1-methylpyrrolidine alane; MPA) 프리커서를 사용하여 80∼300 ℃ 범위의 증착 온도 및 0.1∼10.0 Torr의 증착 조건 하에서 알루미늄막을 형성한다.
이와 같이 본 발명에 따른 엠피에이(MPA) 프리커서를 사용한 알루미늄막 형성 기술은 저온에서도 100 Å/sec 이상의 높은 증착 속도로 알루미늄막을 증착할 수 있으며, 1500 Å 이상의 두께의 알루미늄막에 대해서도 양호한 표면 형상을 얻을 수 있으므로, 0.3 ㎛ 이하의 크기를 지니는 콘택 홀에 대해서도 보이드(void) 없이 알루미늄막으로 충전 매립함으로써 양호한 스텝 커버리지(step coverage) 특성을 지니는 금속 배선 장치를 제조할 수 있다.

Description

알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING Al-CVD METAL INTERCONNECTION}
본 발명은 반도체 집적 회로의 금속 배선 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 화학 기상 증착 방식을 이용한 알루미늄 금속 배선 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 업계에서는 반도체 칩의 동작 속도를 증대시키고 단위 면적당 정보 저장 능력을 증가시키기 위하여 반도체 집적 회로 공정에 적용되는 최소 선폭 길이를 꾸준히 축소시키고 있다.
이에 따라, 반도체 웨이퍼 상에 집적화 되는 트랜지스터를 비롯한 능동 및 수동 소자들의 크기가 서브 하프 마이크론 이하로 축소되고 있다.
더욱이, 칩 집적도를 높이기 위해 전하 저장 캐패시터 장치 등을 비트 라인 상부에 형성하는 스택형 3차원 소자 구조가 반도체 제조 공정에 적용됨에 따라, 금속 배선의 콘택의 상하 단차는 급격히 높아지고 있으며, 그 결과 콘택의 종횡비(aspect ratio)가 더욱 증가하고 있다.
따라서, 종래 방법에 따른 물리적 증착(physical vapor deposition; PVD) 공정만으로는 양호하게 콘택 홀을 도전 물질로 충전 매립할 수 없다. 물리적 증착 방식은 금속 증기(metal vapor)를 웨이퍼 표면에서 응집(condense)시켜 금속을 형성하므로, 콘택 홀의 종횡비가 큰 경우에는 기하학적 그림자 효과 (shadow effect)로 인하여 양질의 스텝 커버리지(step coverage)를 갖는 콘택 홀의 매립을 기대할 수 없다.
즉, 스퍼터링(sputtering) 또는 이배포레이션(evaporation)과 같은 물리적 증착 방식은 고진공하에 진행되는 공정으로서, 원자의 평균 자유 이동 거리(mean free path)와 흡착 계수(sticking coefficient)가 크므로 가시 거리에 있는 영역 (line of sight)에만 금속이 증착되어 표면 적응 증착(conformal deposition)이 용이하지 않다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)이 사용되고 있으며, 화학 기상 증착은 0.1∼760 Torr에서 진행되므로 평균 자유 이동 거리가 짧고 흡착 계수가 낮다.
즉, 화학 기상 증착에 있어서 프리커서(precursor)는 웨이퍼 표면에 도달하기까지 많은 충돌을 겪게 되므로, 표면에서의 흡착 계수가 작고 금속 표면에서의 확산(surface diffusion)으로 인하여 전술한 물리적 증착 방식과 비교할 때, 표면 적응력(surface conformal capability)이 우수한 금속 증착을 기대할 수 있다.
반도체 기판 상에 제조된 소자들을 서로 전기적으로 접속시키기 위한 금속 배선 공정에 있어서, 텅스텐 화학 기상 증착 공정은 높은 종횡비의 콘택 홀을 충전 매립하기 위한 방법으로 사용되어 왔다.
그러나, 텅스텐은 알루미늄에 비해 비저항(∼5.6 Ω㎝)이 높고 후속 공정 단계에서 에치 백(etch back) 또는 화학 물리 연마(chemical mechanical polishing; CMP)를 요구하는 단점이 있으므로, 고집적 반도체 공정에서 비저항이 낮은 알루미늄 화학 기상 증착 공정 개발의 필요성이 점차 대두되고 있다.
현재, 알루미늄 화학 기상 증착을 위해 해결해야 할 과제로는, 증착 두께가 두꺼워질수록 표면 형상이 불량해져서 양호한 콘택 매립(contact filling)이 용이하지 않은 문제점이 있다.
그런데, 증착된 알루미늄의 표면 형상은 하지막의 상태와 화학 기상 증착 시에 사용되는 프리커서 및 증착 조건에 의해 영향을 받게 된다.
현재까지 개발된 알루미늄 화학 기상 증착을 위한 프리커서(precursor)로는 트리이소부틸알루미늄(triisobuthylaluminum;TIBA),트리메틸알루미늄(trimethylaluminum;TMA), 다이메틸 에틸알루미늄 하이드라이드(dimethylethylaluminum hydride;DMAH), 다이메틸에틸아민알레인(dimethylethylaminealane; DMEAA) 등이 있으며, 표1에 이들 프리커서의 특성을 티. 코다스(T. Kodas), 엠. 햄프텐-스미스(M. Hampten-Smith)에 의해 집필된 저서 "The Chemistry of Metal CVD"(1994년 VCH 출판사 발행)의 제57쪽에 수록된 도표를 인용하여 나타내었다.
알루미늄 화학 기상 증착 프리커서
프리커서 증기압a 성장온도b 선택적 증착c
트리메틸 알루미늄(TMA)트리에틸 알루미늄(TEA)트리이소부틸 알루미늄(TIBA)다이에틸 알루미늄 클로라이드(DEACL)다이메틸 알루미늄 하이드라이드(DMAH)트리메틸아민 알레인(TMAA)트리에틸아민 알레인(TEAA)다이메틸에틸아민 알레인(DMEAA)트리메틸아민 알루미나 보레인(TMAAB) 11(20)0.1(36)0.1(27)3(60)2(25)1.1(19)0.5(25)1.5(25)- 300160250340240100100100100 없음-실리콘, 메탈실리콘실리콘메탈-메탈-
a 증기압 단위는 Torr, 괄호안의 온도는 ℃b 화학 기상 증착을 위한 학계에 보고된 최저 온도c 타 물질에 대한 선택 증착 물질
표1에 열거되어 있는 알루미늄 화학 기상 증착용 프리커서 중에서 현재 가장 많이 사용되는 것이 다이메틸 알루미늄 하이드라이드(DMAH) 및 다이메틸에틸아민 알레인(DMEAA)이다.
제1도에 종래 기술에 따른 다이메틸에틸아민알레인(DMEAA)의 구조식을 나타내었다. 종래의 DMEAA를 이용한 알루미늄 화학 기상 증착 공정에 관한 기술이 미합중국 특허 제4,923,717호에 개시되어 있으며, 발명자 웨인 엘 글렛펠터는 80％ 이상의 반사율을 갖는 거울 같은(mirror-like) 박막을 형성하는 기술을 제공하고 있다.
그러나, 미합중국 특허 제4,923,717호가 개시하고 있는 DMEAA 프리커서를 이용한 알루미늄 화학 기상 증착 기술은 우수한 표면 형상을 나타내는 알루미늄막의 두께가 매우 얇고(800Å 이하), 또한 증착 속도가 매우 느린 문제점을 지니고 있으므로 반도체 양산 공정에 적용하는데 어려움이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 DMEAA 프리커서는 제1도에 도시한 바와 같이 α- α'를 경계로 하여 질소 원자와 알루미늄 원자 사이의 화학 결합이 쉽게 깨어지는 문제점이 있다.
그 결과, 종래 기술은 DMEAA 프리커서에서 분리된 AlH3는 클러스터(cluster) 형태로 존재하게 되어 리액터로 공급되는 가스관이나 리액터 내에서 덩어리 형태로 들러 붙어 있다가 알루미늄 막 성장 중 또는 성장된 알루미늄막의 표면에 파티클(particle)로 떨어지는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 종횡비가 높은 콘택 홀에 대하여 충전 매립 능력이 양호한 알루미늄막 배선 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 표면 형상이 양호하고 증착 속도가 높은 알루미늄막 배선 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 콘택 홀의 매립 능력이 양호하며 저온에서 증착이 가능한 알루미늄막 배선 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제4 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 스텝 커버리지가 양호하고콘택 플러그 매립 능력이 양호한 알루미늄막 배선 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
제1도는 종래 기술에 따른 DMEAA 프리커서의 화학 구조식을 나타낸 도면.
제2도는 본 발명에 따른 MPA의 화학 구조식을 나타낸 도면.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 증착 속도와 증착 온도와의 관계를 나타낸 도면.
제4a도 및 제4b도는 본 발명에 따라 증착된 알루미늄막 시료의 표면 및 단면에 대한 SEM 사진.
제5도는 본 발명의 실시예를 나타낸 도면.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판 상의 구조물 위에 메틸 파이로리딘 알레인(1-methyl pyrrolidine alane; MPA)으로 구성된 메탈 유기물 프리커서를 사용하여 알루미늄막을 형성하는 화학 기상 증착 방법을 제공한다.
이하 본 발명에 따른 화학 기상 증착 방식을 이용한 알루미늄 금속 배선 장치의 제조 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 메틸 파이로리딘 알레인(1-methyl pyrrolidine alane; MPA)의 구조식을 나타낸 도면이다. 화학 기상 증착 방식으로 알루미늄막을 형성하기 위하여, 프리커서(precursor)가 갖추어야 할 특성은 다음과 같다.
즉, 300℃ 이하의 저온에서 증착이 가능하여야하며, 상온(300°K) 상압에서 안정적인 프리커서이어야 한다. 또한, 프리커서로 사용할 경우 안전도가 높아야 하며, 100Å/sec 이상의 높은 증착 속도를 갖는 것이 요구된다. 그리고, 5N 즉 99.999％ 이상의 순도를 가져야 하며, 소스 딜리버리(delivery)가 용이하여야 한다.
이와 같은 측면에서, 종래 기술에 의한 프리커서로서 DMAH 및 DMEAA와 본 발명에 따른 MPA 프리커서의 특성을 표2에 비교하여 나타내었다.
MPA, DMEAA, DMAH의 화학 기상 증착 특성
프리커서 MPA DMEAA DMAH
사용가스 수소(H2) 수소(H2), 아르곤(Ar) 수소(H2)
증착온도(℃) 100 120∼180 200∼250
안정성(SLT) 안정(6개월) 불안정(6개월) 안정(12개월)
안전도 해당없음 가연성 가연성
증착속도(Å/sec) 100 20 50
순도 5N 5N 5N
가격(원/gr) 해당없음 ∼15,000 ∼20,000
취급 버블링 가능 버블링 가능 버블링 불가
본 발명에 따른 알루미늄막 화학 기상 증착 방법은 MPA 프리커서의 리액터 내의 유입을 위하여 버블링 시스템(bubbling system) 방식, 증기 상태(vapor phase) 엠에프씨(MFC; mass flow controller) 방식, 직접 액체 유입(DLI; direct liquid injection), 또는 액체 딜리버리 시스템(LDS; liquid delivery system) 등의 방식을 사용할 수 있다. 이 때에, 운송 가스(carrier gas) 또는 희석 가스 (dilution gas)로서, 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He) 등의 불활성 기체 또는 수소(H2) 가스 중 적어도 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 즉, 운송 가스 또는 희석 가스로서 상기 열거한 아르곤, 질소, 헬륨 또는 수소 중 어느 하나만을 사용하거나, 또는 이들 중 두 가지 이상의 가스를 사용할 수 있다. 이때, 두 가지 이상의 가스를 사용할 경우, 개별적으로 사용하거나 또는 동시에 섞어서 사용할 수 있다.
표2에는 본 발명에 따른 알루미늄 화학 기상 증착 방법으로서 수소 가스를 사용한 경우의 실시예를 나타내었다. 본 발명에 따른 MPA 프리커서는 종래 기술인 DMEAA 또는 DMAH의 경우에 비해서 증착 온도가 비교적 낮고, 증착 속도가 100Å/sec로 매우 높다. 또한, 종래 기술에 따른 DMEAA 프리커서의 경우 증착 속도가 20Å/sec로 매우 낮고 또한 불안정한 단점이 있으며, DMAH 프리커서의 경우는 버블링 방식의 프리커서 유입이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명에 따른 양호한 실시예에 따라, MPA 프리커서를 이용하여 샤워헤드 (showerhead)가 장착된 수직 타입의 냉벽 CVD 리액터(vertical-type cold wall CVD reactor)에서 알루미늄막을 증착할 수 있다. MPA 프리커서를 이용한 화학 기상 증착 알루미늄의 기초 특성 평가를 위한 하지막으로서 티타늄 나이트라이드(TiN)/티타늄(Ti)/실리콘 기판을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, MPA 프리커서를 이용한 최적의 알루미늄막 증착 조건을 종래 기술에 의한 DMEAA 증착 조건과 비교하여 표3에 나타내었다.
MPA와 DMEAA의 증착 조건
MPA DMEAA
증착온도(℃) 80∼300 100∼180
증착압력 (Torr) 0.1∼10 0.1∼5
가스 수소 및 아르곤 수소 및 아르곤
가스유량(sccm) 10∼500 100∼400
버블러 온도 (℃) 20 20
비저항 (·㎝) 2.7∼3.8 3.0∼3.5
증착속도(Å/sec) 수소 10∼100 15
아르곤 10
반사율(％max) 수소 214＠1500Å 210＠800Å
아르곤 167＠600Å
활성화에너지(eV) 수소 0.893 0.50
아르곤 0.16
종래 기술에 따른 DMEAA를 프리커서로 사용하는 경우, 운송 가스를 수소 혹은 아르곤 가스로 사용하더라도 비저항, 증착 속도, 반사율 등의 특성에 있어서 큰 차이를 보이지 않지만, 본 발명에 따른 MPA 프리커서의 경우 운송 가스의 종류에따라 현저한 차이를 보이고 있다.
본 발명에 따라 수소 가스를 이용하여 MPA 프리커서로 알루미늄막을 증착하는 경우 약 10∼100 Å/sec 정도의 비교적 높은 증착률을 얻을 수 있는 반면에, 아르곤 가스를 이용하여 증착하는 경우에는 약 10 Å/sec 정도의 낮은 증착 속도로 알루미늄막을 얻을 수 있다.
알루미늄막을 금속 배선 공정에 적용할 경우, 증착 초기에는 양호한 표면 형상을 확보하기 위하여 낮은 증착 속도로 화학 기상 증착을 진행하다가, 점차로 높은 증착 속도로 알루미늄막을 증착할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 알루미늄 막 성장 초기 단계에서는 낮은 증착 속도로 진행을 하다가 제2 단계로서 높은 증착 속도로 알루미늄막을 형성할 수 있다. 이 때에, 초기에는 약 10 Å/sec 이하의 증착 속도로 알루미늄막을 형성하고, 제2 단계로 약 10∼100 Å/sec의 증착 속도로 알루미늄막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서 제1 단계에서는 불활성 기체를 이용하다가 제2 단계로 수소 가스를 이용하여 MPA 프리커서를 유입시킴으로써 양질의 알루미늄막을 빠른 시간 내에 증착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, MPA 프리커서를 수소를 운송 가스 또는 희석 가스로 사용하여 화학 기상 증착을 수행하는 경우에 150℃ 이하의 저온 증착이 가능하지만, 아르곤 가스를 사용할 경우에 최적의 증착 온도를 200 ℃ 이상으로 할 수 있다. 참고로, 종래 기술에 의한 DMEAA 프리커서의 경우에는 가스의 종류와는 관계없이 120∼150 ℃에서 최적의 증착 조건을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, MPA 프리커서를 사용하면서 수소 가스를 이용하여 CVD 증착을 수행할 경우, 종래 기술에 따른 실험 결과와는 달리 저온(150℃)에서도 빠른 증착 속도(100Å/sec)를 얻을 수 있으며, 두꺼운 두께(1500Å)에서도 우수한 표면 형상을 확보할 수 있다.
표3에 나타낸 본 발명의 양호한 실시예에 따라 형성된 알루미늄막은 두께가 1500Å인 경우에도 우수한 표면 형상을 나타내므로 100％ 스텝 커버리지를 가정하면 0.3 ㎛ 크기 이하의 콘택에 대해서 양호한 충전 매립(filling) 능력을 가질 수 있다.
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 MPA 프리커서를 이용하여 알루미늄을 화학 기상 증착하는 경우, 증착 속도의 증착 온도에 대한 의존성을 나타낸 도면이다. 제3도를 참조하면, ■로 나타낸 데이터(301)는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 MPA 프리커서를 수소 운송 가스를 이용하여 화학 기상 증착할 경우의 증착 속도를 나타내고 있다. 또한 본 발명의 양호한 실시예에 따라 아르곤 가스를 사용하여, MPA 화학 기상 증착을 수행하는 경우의 증착 속도와 증착 온도의 관계(303)를 ●로 나타내었다. 한편, 종래 기술에 따라 DMEAA 프리커서를 사용하는 경우의 증착 속도 데이터(302)를 ▲으로 나타내었다.
제4a도 및 제4b도는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 MPA 프리커서를 이용하여 120 ℃ 증착 온도에서 1500 Å 두께의 알루미늄막을 증착시킨 경우의 시편을 각각 표면 및 단면 촬영한 SEM 사진이다. 제4a도 및 제4b도에 나타낸 알루미늄막 시편의 경우 반사율은 214％를 보이고 있으며, 이는 스퍼터(sputter) 방식으로 형성한 알루미늄막과 비슷한 수준의 표면 형상을 보이고 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 알루미늄막의 화학 기상 증착 방법은 서로 상이한 두 종류의 프리커서를 사용하여 알루미늄막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 화학 기상 증착의 제1 단계로서 본 발명에 따른 MPA 프리커서를 이용하여 알루미늄막을 증착할 수 있고, 이어서 제2 단계 화학 기상 증착을 위하여 DMAH 프리커서를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 양호한 실시예로서, 제1 단계 알루미늄막 화학 기상 증착을 위하여 DMEAA 프리커서를 사용하고, 후속하는 제2 단계 화학 기상 증착을 위하여 본 발명에 따른 MPA 프리커서를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 양호한 실시예로서, 제1 단계는 MPA 프리커서를 사용하여 알루미늄막을 화학 기상 증착하고, 이어서 스퍼터링 방식으로 그 위에 알루미늄막을 형성할 수 있다.
미세 선폭과 높은 종횡비를 지니는 콘택 홀을 양호한 스텝 커버리지와 표면 형상을 지닌 알루미늄막으로 매립하기 위하여, 제1 단계로서 MPA 프리커서를 사용하여 제1차 알루미늄막을 화학 기상 증착하고, 스퍼터링 방식으로 제2차 알루미늄막을 침적한 후 고온 열처리 리플로우 공정을 진행할 수 있다. 이 때에, 알루미늄막의 평탄화를 위한 고온 열처리 리플로우(reflow) 공정은 350∼500 ℃의 온도 범위에서 30∼180 초 동안 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 양호한 실시예로서, 제1차 알루미늄막으로서 MPA 프리커서를 사용한 화학 기상 증착 단계 이후, 고온(300∼500 ℃) 또는 저압 (0.1∼2mTorr) 스퍼터링 방식의 제2차 알루미늄막을 침적함으로써, 양호한 매립 능력을 지니면서, 높은 증착률로 알루미늄 배선 공정을 진행할 수 있다. 또한, 양질의 알루미늄막을 화학 기상 증착 방식으로 형성하기 위하여 3종류의 프리커서를 이용하여 알루미늄막을 형성할 수 있다.
제5도는 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 도면이다. 제5도를 참조하면, 알루미늄 콘택을 형성하기 위하여, 실리콘막(500) 상부에 형성된 콘택 홀에 배리어 층 (barrier layer)으로서 티타늄막(501) 및 티타늄 나이트라이드(502)를 형성한다.
또한, 상기 배리어 층으로서 Ta, Ta/TaN, Ti 등을 이용하여 구성할 수 있으며 Ti 막만을 이용하여 배리어 층을 형성할 수 있다. 이어서, 본 발명에 따른 화학 기상 증착 방법의 알루미늄막(503)을 증착하고, 물리 증착(physical vapor deposition) 방식의 알루미늄막(504)을 리플로우 공정을 거쳐 형성할 수 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 알루미늄막 배선 장치 및 제조 방법은 종래의 알루미늄 화학 기상 증착 방식이 지니는 문제점을 해결한 발명으로서, 본 발명은 MPA 프리커서를 수소 또는 아르곤을 사용하여 80∼300℃의 저온에서 알루미늄을 증착함으로써 100 Å/sec 이상의 높은 증착 속도를 얻을 수 있으며, 1500Å 이상의 두꺼운 두께에서도 양호한 표면 형상을 지니는 알루미늄막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 MPA-CVD 알루미늄막은 1500Å 이상의 두께에 대해서도 양호한 표면 형상을 나타내므로 0.3 ㎛ 이하의 크기를 지니는 콘택 홀을 보이드 형성 없이 양호하게 충전 매립할 수 있다.

Claims (19)

  1. 반도체 기판 상의 구조물 위에 화학 기상 증착 장치를 사용하여 금속 배선을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 화학 기상 증착 장치의 리액터 내부에 상기 반도체 기판을 로딩하는 단계;및
    상기 반도체 기판이 로딩된 리액터 내부에 메틸 파이로리딘 알레인(1-methyl pyrrolidine alane; MPA)으로 구성된 메탈 유기물 프리커서를 유입하는 단계를 포함하는 화학 기상 증착 방법으로 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학 기상 증착 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법은 증착 온도를 80∼300 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메탈 유기물 프리커서를 유입하는 단계는, 버블링 방식, 증기 상태(vapor phase) 엠에프씨(MFC; mass flow controller) 방식, 직접 액체 주입(DLI; direct liquid injection), 및 액체 딜리버리 시스템(liquid delivery system) 중 어느 한 방법으로 리액터에 공급하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학 기상 증착 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법은 운송 가스 또는 희석 가스로서 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2) 중 적어도 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화학 기상 증착 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법은 증착 압력을 0.1∼10 Torr로 하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 버블방식은 상기 메틸 파이로리딘 알레인 프리커서 소스의 저장 용기의 온도를 20 ℃ 이상으로 유지하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 메탈 유기물 프리커서를 유입하는 단계는
    제1 가스를 사용하여 유입하는 단계와;
    제2 가스를 사용하여 유입하는 단계로
    구성됨을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 가스는 불활성 가스를 포함하는 금속 배선 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서 상기 제2 가스는 수소 가스를 포함하는 금속 배선 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 화학 기상 증착 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법은
    10 Å/sec 이하의 증착 속도로 증착하는 제1 단계와;
    10∼100 Å/sec의 증착 속도로 증착하는 제2 단계로
    구성됨을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 화학 기상 증착 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법은
    상기 메틸 파이로리딘 알레인으로 구성된 메탈 유기물 프리커서를 사용하여 화학 기상 증착 방법으로 제1 알루미늄막을 형성하는 단계와;
    상기 제1 알루미늄막 상부에 제2 메탈 유기물 프리커서를 사용하여 제2 알루미늄막을 형성하는 단계
    를 구비함을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 메탈 유기물 프리커서는 다이메틸 알루미늄 하이드라이드 (DMAH)인 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 메탈 유기물 프리커서는 다이메틸에틸아민 알레인(DMEAA)인 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  14. 반도체 기판 상의 구조물 위에 화학 기상 증착 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법에 있어서,
    상기 구조물 상부에 제1 메탈 알루미늄 프리커서를 사용하여 제1 알루미늄막을 형성하는 단계;
    상기 제1 알루미늄막 상부에 메틸 파이로리딘 알레인(MPA) 프리커서를 사용하여 제2 알루미늄막을 형성하는 단계
    를 구비함을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 메탈 유기물 프리커서는 다이메틸 알루미늄 하이드라이드(DMAH)이인 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 메탈 유기물 프리커서는 다이메틸에틸아민알레인 (DMEAA)이인 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
  17. 반도체 기판 상의 구조물 위에 알루미늄막을 형성하는 금속 배선 제조 방법에 있어서,
    상기 구조물 표면 상부에 제1 메탈 유기물 프리커서를 사용하여 화학 기상 증착 방식으로 제1 알루미늄막을 형성하는 단계;
    상기 제1 알루미늄막 상부에 물리 증착 방식으로 제2 알루미늄막을 형성하는 단계
    를 포함하는 금속 배선 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 메탈 유기물 프리커서는 메틸 파이로리딘 알레인이고, 상기 제2 알루미늄막을 형성하는 단계는
    스퍼터링 방식으로 제2 알루미늄막을 침적하는 단계;
    350∼500 ℃의 온도 하에서 30∼180초 동안 리플로우 공정을 진행하는 단계
    를 포함하는 금속 배선 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 메탈 유기물 프리커서는 메틸 파이로리딘 알레인이고, 상기 제2 알루미늄막을 형성하는 단계는 300∼500 ℃ 온도 하의 고온 스퍼터링 방식 또는 0.1∼2 mTorr의 저압 스퍼터링 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 배선 제조 방법.
KR1019990023601A 1998-09-29 1999-06-22 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법 KR100354436B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990023601A KR100354436B1 (ko) 1998-09-29 1999-06-22 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법
JP27501099A JP2000323481A (ja) 1998-09-29 1999-09-28 アルミニウム化学気相蒸着を利用した集積回路の金属配線製造方法

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980040424 1998-09-29
KR19980040424 1998-09-29
KR1019990023601A KR100354436B1 (ko) 1998-09-29 1999-06-22 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000022650A KR20000022650A (ko) 2000-04-25
KR100354436B1 true KR100354436B1 (ko) 2002-09-28

Family

ID=26634167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990023601A KR100354436B1 (ko) 1998-09-29 1999-06-22 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100354436B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100822555B1 (ko) * 2006-10-31 2008-04-16 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법
KR100859380B1 (ko) * 2006-12-13 2008-09-22 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100696858B1 (ko) * 2005-09-21 2007-03-20 삼성전자주식회사 유기 알루미늄 전구체 및 이를 이용한 금속배선 형성방법
KR101367141B1 (ko) * 2007-08-03 2014-02-25 삼성전자주식회사 유기 금속 전구체, 이를 이용한 박막의 형성 방법 및 금속배선의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5262199A (en) * 1992-04-17 1993-11-16 Center For Innovative Technology Coating porous materials with metal oxides and other ceramics by MOCVD
JPH1012737A (ja) * 1996-06-24 1998-01-16 United Microelectron Corp 選択的化学的気相成長を利用して形成したアルミニウムプラグ及びその形成方法
JPH1064851A (ja) * 1996-04-04 1998-03-06 Texas Instr Inc <Ti> アルミニウムフィルムの化学蒸着法
JPH10125664A (ja) * 1996-10-23 1998-05-15 Texas Instr Inc <Ti> 電気デバイスの製法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5262199A (en) * 1992-04-17 1993-11-16 Center For Innovative Technology Coating porous materials with metal oxides and other ceramics by MOCVD
JPH1064851A (ja) * 1996-04-04 1998-03-06 Texas Instr Inc <Ti> アルミニウムフィルムの化学蒸着法
JPH1012737A (ja) * 1996-06-24 1998-01-16 United Microelectron Corp 選択的化学的気相成長を利用して形成したアルミニウムプラグ及びその形成方法
JPH10125664A (ja) * 1996-10-23 1998-05-15 Texas Instr Inc <Ti> 電気デバイスの製法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100822555B1 (ko) * 2006-10-31 2008-04-16 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법
KR100859380B1 (ko) * 2006-12-13 2008-09-22 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000022650A (ko) 2000-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100261017B1 (ko) 반도체 장치의 금속 배선층을 형성하는 방법
US6399490B1 (en) Highly conformal titanium nitride deposition process for high aspect ratio structures
US8409985B2 (en) Methods for growing low-resistivity tungsten for high aspect ratio and small features
US7217661B2 (en) Small grain size, conformal aluminum interconnects and method for their formation
US6077571A (en) Conformal pure and doped aluminum coatings and a methodology and apparatus for their preparation
US6204175B1 (en) Method of depositing a smooth conformal aluminum film on a refractory metal nitride layer
US20060177601A1 (en) Method of forming a ruthenium thin film using a plasma enhanced atomic layer deposition apparatus and the method thereof
US6423201B1 (en) Method of improving the adhesion of copper
KR100354436B1 (ko) 알루미늄 화학 기상 증착을 이용한 집적 회로의 금속 배선 제조 방법
US6120842A (en) TiN+Al films and processes
KR100696858B1 (ko) 유기 알루미늄 전구체 및 이를 이용한 금속배선 형성방법
KR100344836B1 (ko) 반도체 소자의 금속 박막 및 그의 형성 방법
US5989633A (en) Process for overcoming CVD aluminum selectivity loss with warm PVD aluminum
EP0839927A2 (en) Method of forming films comprising TiN and Al
Naik et al. Texture and surface morphology improvement of Al by two-stage chemical vapor deposition and its integration in an Al plug-interconnect scheme for sub 0.25 μm metallization
WO1997047783A1 (en) Methodology and apparatus for in-situ doping of aluminum coatings
JP2000323481A (ja) アルミニウム化学気相蒸着を利用した集積回路の金属配線製造方法
CN1222014C (zh) 化学汽相淀积生成TiN阻挡层的方法
JP3036499B2 (ja) 配線用アルミニウム膜の形成方法及びアルミニウム配線を有する半導体装置
US6117758A (en) Etch removal of aluminum islands during manufacture of semiconductor device wiring layer
JP3176088B2 (ja) 堆積膜形成法
KR100464393B1 (ko) 반도체소자의금속배선형성방법
JP2752961B2 (ja) 堆積膜形成法
JP2002026015A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH11145077A (ja) 膜及びその製法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090814

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee