KR100445411B1 - 반도체소자의금속배선형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성방법에 관한 것으로, CVD-Ti 박막 증착 전, 후에 수소와 아르곤 혼합가스 그리고 질소와 수소의 혼합가스를 이용하여 각각 플라즈마처리를 수행함으로써 박막 내에 잔존하는 Cl 의 양을 최소화시킴으로서, Cl 기에 의한 영향을 최소화하여 콘택저항을 감소시키고 누설전류 특성을 개선시켜 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 크게 향상시키는 기술이다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 CVD-Ti 박막 증착 전, 후에 수소와 아르곤 혼합가스 및 질소와 수소의 혼합가스를 이용하여 각각 플라즈마처리를 수행함으로서 박막 내에 잔존하는 Cl 의 양을 최소화 시킴으로서, Cl 기에 의한 영향을 최소화하여 콘택저항을 감소시키고 누설전류 특성을 개선시켜 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 크게 향상시키는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 금속 콘택에서 실리콘과 금속 배선 사이의 접촉 저항을 낮추고 오믹 (ohmic) 콘택을 형성하기 위해 금속 TiSix를 증착하는 방법은 크게 두가지가 있다.
첫번째는 물리기상증착 (이하 PVD 라 함) 방법에 의해 금속 Ti 를 증착하고 후속공정으로 600 ℃ 이상의 고온에서 RTA (Rapid Thermal Anneal) 를 수행하여 증착하는 방법이다. 하지만 이러한 PVD 방법은 깊은 콘택에서의 층덮힘성이 열악하기 때문에 1 기가 (GIGA) 디램이상의 초고집적 반도체 소자에서는 그 사용에 제한을 받고 있다.
두번째는 층덮힘성이 우수한 CVD 방법에 의해 금속 TiSix를 형성하는 방법으로서, 500 ℃ 이상의 고온에서 CVD-Ti 를 증착하는 동안 실리콘과의 화학반응에 의해 형성되는데 여기서 사용되는 소스 물질로는 주로 TiCl4가 이용된다.
그러나, 소스 물질인 TiCl4내에 존재하는 클로린기 (이하 Cl 기라 함) 는 500 ℃ 이상의 고온에서는 TiCl4환원가스인 H2와 결합하여 HCl 을 형성시키는데 이들은 실리콘과 반응하여 실리콘 기판을 깊게 부식시킴으로서 소자의 콘택 저항 상승 및 많은 누설 전류를 유발하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 박막 증착 전, 후에 수소와 아르곤 혼합가스 및 질소와 수소의 혼합가스를 이용하여 각각 플라즈마처리를 수행함으로서 박막 내에 잔존하는 Cl 의 양을 최소화시킴으로서 Cl 기에 의한 영향을 최소화하여 콘택저항을 감소시키고 누설전류 특성을 개선시켜 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 크게 향상시키는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공하는 것이다.
도 1 내지 도 3 은 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 도시한 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실리콘 기판 12 : 절연층
14 : CVD-Ti 층 16 : TiN 층
18 : 금속배선 20 : 금속배선용 콘택홀
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은,
실리콘기판 상부에 절연막을 증착하고 콘택 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 반도체기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정과,
상기 콘택홀 측벽의 절연막 및 저부의 반도체기판을 수소와 아르곤의 혼합가스를 이용하여 플라즈마처리하는 공정과,
상기 구조의 상부에 TiCl4를 소스로 한 CVD 방법으로 Ti 층을 증착하는 공정과,
상기 Ti 층을 질소와 수소의 혼합가스를 이용하여 플라즈마처리하는 공정과,
상기 Ti 층 상부에 TiN 층을 증착하고 금속배선을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3 은 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도이다.
도 1 을 참조하면, 실리콘기판(10) 상에 절연막(12)을 형성하고 금속배선용콘택마스크(미도시)를 이용한 사진식각공정으로 상기 절연막(12)을 식각하여 상기 실리콘기판(10)을 노출시키는 콘택홀(20)을 형성한다.
상기 콘택홀(20)과 실리콘 기판(10)을 수소와 아르곤의 혼합가스를 이용하여 플라즈마처리한다.
이는 실리콘 기판(10)에 플라즈마를 이용하여 수소기의 약 20~70 Å 의 얇은 층을 실리콘 기판(10)에 주입함으로써 후속 증착되는 CVD-Ti 층 증착시 Cl 기에 의한 영향을 사전에 차단하여 최소화시킬 수 있다.
즉, 다음의 반응식에 의해 Cl 기의 영향을 방지할 수 있다.
H++ Cl-→ HCl ------ (1)
이때, 상기 플라즈마처리 조건은, 반응실 온도는 200~800 ℃, 반응실 압력은 0.5~20 Torr, 수소 및 아르곤의 가스 분위기에서 100~1000 W 의 고주파 전력를 인가하여 실시한다. 여기서, 상기 수소유량은 30~600 sccm, 아르곤유량은 30~2000 sccm 으로 실시한다.
도 2를 참조하면, 상기 콘택홀(20)을 포함한 전체표면상부에 Ti 층(14)을 CVD 방법으로 증착한다.
그 다음, 상기 Ti 층(14)을 질소와 수소의 혼합가스를 이용하여 플라즈마처리 한다.
이때, 상기 플라즈마처리 공정은 상기 CVD-Ti 층(14) 내에 잔존하는 수 % 범위의 Cl 양을 최소화할 수 있도록 실시한다. 즉, 반응실 온도는 200~800 ℃, 반응실 압력은 0.5~20 Torr, 수소유량은 30~600 sccm, 질소유량은 100~3000 sccm 이며, 고주파 전력은 100~1000 W 를 인가하는 조건으로 실시한다.
여기서, 상기 Cl 기는 주로 수소기에 의해 제거되며 그 메카니즘은 상기 반응식 (1) 과 동일하다.
동시에 플라즈마에 의해 여기된 질소기들의 일부는 그 빈공간을 충진시키게 되어 후속 증착되는 알루미늄 또는 텅스텐 등으로 형성되는 금속배선(18)의 부식을 최대한 억제시키게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, CVD-Ti 층 형성 전, 후에 각각 수소와 아르곤의 혼합가스 및 질소와 수소의 혼합 가스에 의한 플라즈마처리를 행하여 박막 내에 잔존하는 Cl 의 양을 최소화시킴으로써 실리콘 기판 및 금속배선의 부식을 최대한 억제시킬 수 있으며, 이로 인하여 1 GIGA 급 이상의 초고집적 반도체 소자의 금속 배선 형성공정시 콘택저항을 감소시키고, 누설전류를 감소시킴으로써 소자특성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
Claims (3)
- 실리콘기판 상부에 절연막을 증착하고 콘택 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 반도체기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 공정과,상기 콘택홀 측벽의 절연막 및 저부의 반도체기판을 수소와 아르곤의 혼합가스를 이용하여 플라즈마처리하는 공정과,상기 구조의 상부에 TiCl4를 소스로 한 CVD 방법으로 Ti 층을 증착하는 공정과,상기 Ti 층을 질소와 수소의 혼합가스를 이용하여 플라즈마처리하는 공정과,상기 Ti 층 상부에 TiN 층을 증착하고 금속배선을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 수소와 아르곤의 혼합가스를 이용한 플라즈마처리는, 반응실 온도를 200~800 ℃ 로 하고 반응실 압력을 0.5~20 Torr 로 하며 수소가스 유량을 30~600 sccm 및 아르곤가스 유량을 30~2000 sccm 의 가스분위기에서 100~1000 W 의 고주파 전력을 인가하며 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 질소와 수소의 혼합가스를 이용한 플라즈마처리는, 반응실 온도를 200~800 ℃ 로 하고 반응실 압력을 0.5~20 Torr 로 하며 수소가스 유량 30~600 sccm 및 질소가스 유량 100~3000 sccm 의 가스분위기에서 100~1000 W 의 고주파 전력을 인가하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
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