KR19980037182A - 반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘택 홀 매립을 위한 알루미늄(Al) 금속층 형성시 저온 알루미늄층의 표면에너지를 증가시키기 위하여 고주파 식각 장비를 이용하여 바이어스된 이온가스로 상기 저온 알루미늄층에 충돌시켜 손상을 준다. 그 결과 상기 저온 알루미늄층의 표면에너지가 증가되므로 고온 알루미늄 증착시 매립 특성이 개선될 뿐 아니라 최적의 스텝 커버리지를 얻을 수 있다.

Description

반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법

본 발명은 반도체 소자의 금속층 형성 방법에 관한 것으로, 특히 콘택 홀을 매립하기 위한 알루미늄금속층 형성시 저온 알루미늄층의 표면에너지를 증가시켜 스텝 커버리지(Step Coverage)를 향상시키기 위한 반도체 소자의 금속층 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 층간 접속은 콘택 홀을 통해 이루어진다. 그러나 현재 반도체 소자의 고집적화로 인하여 콘택 홀의 폭이 점점 좁아지므로 콘택 홀 매립에 새로운 기술이 요구된다. 종래 반도체 소자의 콘택 홀을 매립하기 위한 금속층 형성방법을 도 1을 통해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 반도체 소자의 콘택 홀을 매립 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 불순물 접합영역(2)이 형성되어 있는 실리콘기판(1)상에 절연막(3)이 형성된다. 그리고 불순물 접합영역(2)이 노출되도록 절연막(3)의 일부를 식각하여 콘택 홀을 형성한 후 확산 방지 금속층(4), 웨팅층(5), 저온 알루미늄층(6) 및 고온 알루비늄층(7)이 순차적으로 형성된다. 이때 상기 저온 알루미늄 증착은 일반적인 서퍼터링(Conventional Sputtering)방법을 사용하고 있다. 그리고 상기 저온 알루미늄(6)의 표면에너지를 증가시키기 위하여 높은 파워와 낮은 압력 조건으로 서퍼터링을 실시한다. 그런데 소자의 고집적화에 따라 콘택 홀이 좁아지면서 기존의 서퍼터링방법으로는 최적의 스텝 커버리지를 얻을 수 없다.

따라서 본 발명은 저온 알루미늄의 표면에너지를 증가시켜 고온 알루미늄 증착시 콘택 홀의 매립 특성을 개선하는 한편 스텝 커버리지를 향상시켜 상기 문제점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접합영역이 형성된 실리콘기판상에 절연막을 형성한 후 상기 접합 영역이 노출되도록 상기 절연막을 식각하여 콘택 홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택 홀을 포함한 전체 상부면에 확산방지금속층을 형성하는 단계와, 상기 확산방지금속층 전체 상부면에 웨팅층을 형성하는 단계와, 상기 웨팅층 전체 상부면에 저온 알루미늄층을 형성하는 단계와, 상기 저온 알루미늄층 상부에 고온 알루미늄층을 형성하는 단계로 이루어지는 반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법에 있어서, 상기 저온 알루미늄층 형성 후 이온을 상기 저온 알루비늄층에 충돌시켜 표면에너지를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래 반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법을 설명하기 위한 단면도.

도 2 는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 웨팅 메카니즘.

도 3A 내지 도 3C 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법을 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 및 11 : 실리콘기판2 및 12 : 불순물 접합영역

3 및 13 : 절연막4 및 14 : 확산방지 금속층

5 및 15 : 웨팅층6 및 16 : 저온 알루미늄층

7 및 17 : 고온 알루미늄층

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 기술적 원리를 설명하기 위한 웨팅 메커니즘(Wetting Mechanism)이다.

도 2의 웨팅 메커니즘에서 습윤도(Wettability)는 다음의 [식]과 같이 정의될 수 있다.

[식]

여기서

S : 기판(Substrate), L : 액체(Liquid), E : 환경(Environment)

θ : 웨팅 각(Wetting angle)

γ_SE: 기판과 환경간 표면에너지, γ_SL: 기판과 액체간 표면에너지

γ_LE: 액체와 환경간 표면에너지

상기 [식]에서와 같이 습윤도를 증가시키기 위하여 γ_SE를 증가시키거나 γ_SL또는 γ_LE를 감소시켜야 한다. 본 발명은 γ_SE를 증가시키기 위하여 고온 알루미늄 증착전에 저온 알루미늄에 미리 손상(Pre-Damage)을 가한다. 저온 알루미늄에 미리 손상을 가하므로 저온 알루미늄의 표면에서는 증가된다. 그 결과 저온 알루미늄의 습윤도가 증가되어 스텝 커버리지 및 콘택 매립 특성이 개선 될 수 있다.

도 3A 내지 도 3C는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속층 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.

도 3A는 불순물 접합영역(12)이 형성되어 있는 실리콘기판(11)상에 절연막(13)이 형성된다. 불순물 접합영역(12)이 노출되도록 절연막913)의 일부를 소정 깊이 식각하여 콘택 홀(A)을 형성한 후 확산 방지 금속층(14), 웨팅층(15) 및 저온 알루미늄(16)을 순차적으로 형성한 상태의 단면도이다. 이때 상기 웨팅층(15)은 티타늄(Ti)을 사용한다.

도 3B에 도시된 바와 같이 회전식 고주파 식각장비(도시 않됨)를 이용하여 바이어스된 아르곤(Ar) 이온을 회전하는 저온 알루미늄층(16)과 적당한 각을 유지하여 충돌시킨다. 그 결과 상기 저온 알루미늄층(16)의 표면에 손상을 주어 표면에너지는 증가된다.

도 3C는 상기 저온 알루미늄(16) 전체 상부에 고온 알루미늄(17)을 형성한 상태의 단면도이다. 이때 저온 알루미늄(16)의 표면에너지의 증가로 고온 알루미늄(17) 형성 시 매립 특성이 증가되고 스텝 커버리지가 향상된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 콘택 홀에 알루미늄금속층 매립 시 저온 알루미늄에 미리 손상을 주어 표면에너지를 증가시키므로 고온 알루미늄층 형성시 콘택 홀 매립 특성이 증가되고 최적의 스텝 커버리지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 접합영역이 형성된 실리콘기판상에 절연막을 형성한 후 상기 접합영역이 노출되도록 상기 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택 홀을 포함한 전체 상부면에 확산방지금속층을 형성하는 단계와, 상기 확산방지금속층 전체 상부면에 웨팅층을 형성하는 단계와, 상기 웨팅층 전체 상부면에 저온 알루미늄층을 형성하는 단계와, 상기 저온 알루미늄층 상부에 고온 알루미늄층을 형성하는 단계로 이루어지는 반도체 소자의 콘택 홀 매립 방법에 있어서,

   상기 저온 알루미늄 형성 후 이온을 상기 저온 알루미늄층에 충돌시켜 표면에너지를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 매립방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨팅층은 티타늄(Ti)층인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 매립방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 저온 알루미늄층에 충돌되는 이온은 아르곤(Ar)이온인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 콘택 홀 매립방법.