KR19980060642A

KR19980060642A - 타이타늄질화막 형성방법

Info

Publication number: KR19980060642A
Application number: KR1019960080004A
Authority: KR
Inventors: 김정태
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-10-07

Abstract

본 발명은 타이타늄질화막 형성방법에 관한 것으로, 반도체기판 상부에 형성되는 비트라인, 캐패시터 및 금속배선의 콘택공정시 불순물의 확산을 방지하거나 점착층으로 사용되는 타이타늄질화막 형성방법에 있어서, TiCl₄가스를 소스로 하여 화학기상증착(CVD) 방법으로 타이타늄질화막을 형성하고, 질소와 수소가스를 이용하여 플라즈마처리함으로써 타이타늄질화막 내의 Cl기를 최소화시켜 금속배선의 부식을 억제하는 동시에 상기 타이타늄질화막의 증착온도를 낮출 수 있어 알루미늄합금의 금속을 용이하게 사용할 수 있도록 함으로써 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

타이타늄질화막 형성방법

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, CVD-TiN의 증착온도를 500℃ 이하로 낮추고, 박막 증착후 질소와 수소의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마처리를 함으로써 박막내에 존재하는 Cl기를 제거하여 반도체소자의 수율 및 생산성을 향상시키고 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 타이타늄질화막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 타이타늄질화막 형성방법을 도시한 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:반도체기판2:제1금속배선

3:제1절연층4:제2절연층

5:타이타늄막6:타이타늄질화막

7:제2금속배선10:비아콘택홀

본 발명은 티타늄질화막 형성방법에 관한 것으로, 반도체소자에서 알루미늄의 확산방지막(barrier metal) 또는 텅스텐의 점착층(glue layer)으로서 사용되는 타이타늄 나이트라이드(TiN), 그중에서도 화학기상증착(chemical vapor deposition, 이하에서 CVD라 함) 방법에 의해서 증착된 CVD-TiN 박막내의 클로린(Cl기)를 제거하는 방법에 관한 것이다.

종래에 따른 타이타늄질화막 형성방법은 주로 물리기상증착(physical vapor deposition, 이하에서 PVD라 함) 방법을 이용하였다.

그러나, 반도체소자가 고집적화됨에 따라 단차피복비(step-coverage)가 나쁜 PVD 방법을 대체하여 CVD 방법으로 TiN 박막을 형성하는 연구가 많이 진행되고 있다.

그중에서도 유기금속 소스(source)인 TiCl₄(타이타늄테트라 클로라이드) 소스를 이용하여 TiN을 증착하는 방법이 관심을 끌고 있다.

그러나, 상기 TiCl₄소스로 증착된 박막은 박막내의 다량의 Cl기를 함유하고 있어 반도체소자의 금속배선을 부식시키는 등 소자의 특성에 나쁜 영향을 미친다.

이로 인하여, 상기 TiCl₄소스를 이용한 TiN 증착은 Cl기 제거를 위하여 600℃ 이상의 고온을 요구하며, 결국 알루미늄을 제1금속배선으로 사용하는 소자의 적용에는 한계가 있는 실정이다.

또한, 제1금속배선을 알루미늄금속으로 사용하는 소자에서, 600℃ 이상의 높은 증착 온도를 요구하는 CVD-TiN층을 비아(Via) 콘택에 적용하기에는 어렵다.

이를 해결하기 위하여 CVD-TiN층의 증착온도를 500℃ 이하로 낮추어야 하는데, 그렇게 되면 TiN 박막내에 다량의 Cl기가 잔류하여 금속배선을 부식시키는 등 소자의 특성을 열화시켜 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 타이타늄질화막 형성방법은, 반도체기판 상부에 형성되는 비트라인, 캐패시터 및 금속배선의 콘택공정시 불순물의 확산을 방지하거나 점착층으로 사용되는 타이타늄질화막 형성방법에 있어서, TiCl₄가스를 소스로 하여 CVD 방법으로 타이타늄질화막을 형성하고, 질소와 수소가스를 이용하여 플라즈마처리함으로써 타이타늄질화막 내의 Cl기가 최소화시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 타이타늄질화막 형성방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 하부구조물(도시안됨)이 형성된 반도체기판(1) 상부를 평탄화시키는 제1절연층(3)을 형성하고, 제1금속배선마스크(도시안됨)를 이용한 식각공정으로 제1금속배선(2)을 형성한다.

그리고, 전체표면상부를 평탄화시키는 제2절연층(4)을 형성하고, 비아콘택마스크(도시안됨)를 이용한 식각공정으로 상기 제1금속배선(2)을 노출시키는 비아콘택홀(10)을 형성한다.

그 다음에, 상기 비아콘택홀(10)을 포함한 전체표면상부에 타이타늄막(5)과 타이타늄질화막(6)을 일정두께 형성하고 상기 타이타늄질화막(6)을 플라즈마처리한다. 그리고, 상기 비아콘택홀(10)을 매립하는 제2금속배선(7)을 형성한다.

여기서, 상기 타이타늄질화막(6)은 불순물의 확산을 방지하는 확산방지막으로 사용된 것으로, 상기 TiN막(6)은 TiCl₄를 소스로 이용하여 CVD방법으로 100∼1000Å 정도 두께 형성한다. 그리고, 상기 TiN막(6)의 증착 공정은 다음과 같다.

우선, 증착온도는 400∼500℃, 증착 압력은 5∼50Torr, TiCl₄소스 유량은 10∼100sccm, 질소 및 암모니아 가스유량은 각각 100∼500sccm 및 1000∼3000sccm이다.

이때, 상기 TiN막(6)은 원자농도가 5∼10%의 매우 높은 Cl기를 함유한다. 그래서, 이를 제거하기 위하여 질소와 수소의 혼합가스에 의한 후속 플라즈마처리공정은 다음과 같이 실시한다.

먼저, 플라즈마처리공정의 온도는 박막 증착온도와 같은 온도에서 수행하며, 압력은 1∼20Torr, 질소 및 수소유량은 각각 100∼500sccm이며, RF 전력은 100∼700와트이다.(도 1)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 타이타늄질화막 형성방법은, TiN막의 증착 온도를 낮출 수 있으며 상기 타이타늄질화막 내의 Cl기를 3% 이하로 대폭 낮출 수 있어 반도체소자의 특성 및 신뢰성 향상시키는 효과가 있다.

Claims

반도체기판 상부에 형성되는 비트라인, 캐패시터 및 금속배선의 콘택공정시 불순물의 확산을 방지하거나 점착층으로 사용되는 타이타늄질화막 형성방법에 있어서,

TiCl₄가스를 소스로 하여 CVD 방법으로 타이타늄질화막을 형성하고, 질소와 수소가스를 이용하여 플라즈마처리함으로써 타이타늄질화막 내의 Cl기가 최소화시키는 타이타늄질화막 형성방법.
청구항 1에 있어서,

상기 타이타늄질화막은 400∼500℃ 정도의 온도에서 증착하는 것을 특징으로 하는 타이타늄질화막 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 타이타늄질화막은 TiCl₄가스의 유량 10∼100sccm, 질소가스의 유량 100∼500sccm 그리고 암모니아가스의 유량을 1000∼3000sccm으로 하여 증착하는 것을 특징으로 하는 타이타늄질화막 형성방법.
청구항 1에 있어서,

상기 플라즈마처리공정은 타이타늄질화막의 증착온도와 같은 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 타이타늄질화막 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,

상기 플라즈마처리공정은 반응로의 압력 1∼20Torr, 질소가스의 유량 100∼500sccm, 수소가스의 유량은 100∼500sccm으로 하며, RF 전력을 100∼700와트 정도로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 타이타늄질화막 형성방법.