KR19980075835A - 반도체장치의 금속배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체장치의 금속배선층 형성방법에 관한 것으로서 도전영역을 갖는 기판 상에 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층을 패터닝하여 도전영역을 노출시키는 접촉홀을 형성하는 공정과, 상기 절연층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 도전영역과 접촉되도록 실리콘이 함유된 제1금속배선층과 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층을 순차적으로 형성하고 열처리하는 공정과, 상기 제1 및 제2금속배선층을 패터닝하는 공정을 구비한다. 따라서, 기판과 제1금속배선층은 계면에 실리콘 석출물이 감소되므로 접촉면적이 증가되어 접촉저항이 감소된다.
Description
본 발명은 반도체장치의 금속배선층 형성방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체기판과 접촉하는 배선층의 접촉 면적이 감소되어 접촉 저항이 증가되는 것을 방지할 수 있는 반도체장치의 금속배선층 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체장치의 금속배선층으로 전기전도도가 높고 건식 식각에 의한 패턴 형성이 용이하며 실리콘산화막과 접착성이 양호한 동시에 비교적 가격이 저렴한 알루미늄과 또는 알루미늄합금이 널리 사용되고 있다. 이러한 금속배선층은 접촉홀(contact hole)을 통해 반도체기판에 불순물이 도핑되어 형성된 확산영역이나 불순물이 도핑된 다결정실리콘으로 형성된 게이트와 접촉될 수 있다. 이와 같이, 알루미늄과 또는 알루미늄합금으로 이루어진 금속배선층이 실리콘과 접촉되면, 배선층형성 후 열처리시 접합면에 스파이크(spike) 현상이 발생된다. 스파이크는 전계가 집중되어 소자의 브레이크다운 전압(breakdown voltage)을 낮게하거나, 또는, 접합면에서 누설전류를 흐르게 한다.
이러한 스파이크 현상이 발생되는 것을 방지하기 위해 접합면과 금속배선층 사이에 장벽금속층을 형성하는 기술이 개발되었다. 상기에서, 장벽금속층은 열처리시 반도체기판 또는 게이트의 실리콘이 금속배선층으로 확산되는 것을 방지한다.
일반적으로, 금속배선층을 순수한 알루미늄 또는 실리콘이 함유되지 않은 알루미늄합금으로 형성하면 열처리시 반도체기판 또는 게이트의 실리콘이 금속배선층에 0.4~0.7wt% 정도 고용되도록 확산된다. 그러므로, 스파이크 현상을 방지하기 위한 다른 방법으로 금속배선층을 실리콘이 1wt% 정도 함유된 알루미늄과 또는 알루미늄합금으로 형성한다. 상기에서 금속배선층에 함유된 실리콘은 반도체기판 또는 게이트의 실리콘이 금속배선층으로 확산되는 것을 방지하여 스파이크 현상을 방지한다.
도 1(A) 내지 (C)는 종래 기술에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법을 도시하는 공정도이다.
도 1(A)를 참조하면, 기판(11) 상에 절연층(13)을 형성한다. 절연층(13)을 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 패터닝하여 기판(11)을 노출시키는 접촉홀(15)을 형성한다. 상기에서, 기판(11)은 실리콘기판으로 이루어진다. 그러나, 기판(11)은 게이트 등과 같이 다결정실리콘으로 이루어진 배선층일 수도 있다.
도 1(B)를 참조하면, 기판(11)의 접촉홀(15)에 의해 노출된 부분에 기판(11)과 반대 도전형의 불순물을 고농도로 도핑하여 확산영역(17)을 형성한다. 그러나, 기판(11)이 게이트 등과 같이 다결정실리콘으로 이루어진 배선층이라면 반대 도전형의 불순물을 도핑하지 않는다.
도 1(C)를 참조하면, 절연층(13) 상에 실리콘이 1wt% 정도 함유된 알루미늄과 또는 알루미늄합금을 접촉홀(15)을 통해 확산영역(17)과 접촉되도록 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법 등으로 증착한다. 증착된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 금속배선층(19)을 형성한다. 상기에서, 알루미늄 또는 알루미늄합금을 증착한 후 450~500℃ 정도로 열처리하여 기판(11)과 증착된 알루미늄 또는 알루미늄합금을 오믹접촉(ohmic contact)을 이루도록 한다. 이 때, 알루미늄과 또는 알루미늄합금에 함유된 실리콘에 의해 기판(11) 내의 실리콘이 확산되지 않으므로 스파이크 현상이 일어나지 않는다.
상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법은 실리콘이 1wt% 정도 함유된 알루미늄과 알루미늄합금을 접촉홀을 통해 확산영역과 접촉되도록 증착하고, 기판과 증착된 알루미늄 또는 알루미늄합금이 오믹접촉(ohmic contact)을 이루도록 열처리한 패터닝하여 금속배선층을 형성한다.
그러나, 상술한 종래 기술에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법은 열처리 후 냉각할 때 알루미늄 또는 알루미늄합금에 함유된 실리콘이 석출되며, 이 석출된 실리콘은 기판을 시드(seed)로 이용하여 성장되어 기판과 금속배선층의 접촉면적을 감소시킴으로 접촉 저항이 증가되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 알루미늄 또는 알루미늄합금에 함유된 실리콘의 석출에 의해 기판과 금속배선층의 접촉 면적이 감소되는 것을 방지하여 접촉 저항이 증가되는 것을 방지할 수 있는 반도체장치의 금속배선층 형성방법을 제공함에 있다.
도 1(A) 내지 (C)는 종래 기술에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법을 도시하는 공정도
도 2(A) 내지 (C)는 본 발명에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법을 도시하는 공정도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21 : 반도체기판23 : 절연층
25 : 접촉홀27 : 확산영역
29 : 제1금속배선층31 : 제2금속배선층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법은 도전영역을 갖는 기판 상에 절연층을 형성하는 공정과, 상기 절연층을 패터닝하여 도전영역을 노출시키는 접촉홀을 형성하는 공정과, 상기 절연층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 도전영역과 접촉되도록 실리콘이 함유된 제1금속배선층과 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층을 순차적으로 형성하고 열처리하는 공정과, 상기 제1 및 제2금속배선층을 패터닝하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2(A) 내지 (C)는 본 발명에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법을 도시하는 공정도이다.
도 2(A)를 참조하면, 기판(21) 상에 절연층(23)을 형성한다. 절연층(23)을 통상의 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 기판(21)을 노출시키는 접촉홀(25)을 형성한다. 상기에서, 기판(21)은 실리콘기판으로 이루어진다. 그러나, 기판(21)은 게이트 등과 같이 다결정실리콘으로 이루어진 배선층일 수도 있다.
도 2(B)를 참조하면, 기판(21)의 접촉홀(25)에 의해 노출된 부분에 기판(21)과 반대 도전형의 불순물을 고농도로 도핑하여 확산영역(27)을 형성한다. 그러나, 기판(21)이 게이트 등과 같이 다결정실리콘으로 이루어진 배선층이라면 반대 도전형의 불순물을 도핑하지 않는다.
도 2(C)를 참조하면, 절연층(23) 상에 제1금속배선층(29) 및 제2금속배선층(31)을 CVD 또는 스퍼터링 등의 방법으로 연속적으로 형성한다. 상기에서, 제1금속배선층(29)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 주석(Sn) 등의 도전성금속을 실리콘이 0.5~3wt% 정도가 함유되도록 500~4000Å 정도의 두께로 증착하여 형성하고, 제2금속배선층(31)은 제1금속배선층(29)과 동일한 도전성 금속을 실리콘이 함유되지 않도록 500~20000Å 정도의 두께로 증착하여 형성한다.
그리고, 제1 및 제2금속배선층(29)(31)을 450~500℃ 정도로 열처리하여 기판(21)과 오믹접촉(ohmic contact)을 이루도록 한다. 이 때, 제1금속배선층(29)에 함유된 실리콘에 의해 기판(21) 내의 실리콘이 제1 및 제2금속배선층(29)(31)으로 확산되는 것이 방지되므로 스파이크 현상이 일어나지 않는다.
그리고, 열처리시 제1금속배선층(29)에 함유된 실리콘은 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층(31)으로 확산된다. 상기에서 제1금속배선층(29)이 제2금속배선층(31)에 비해 매우 얇게 형성되어 있으므로, 제1 및 제2금속배선층(29)(31)의 실리콘 함유량은 알루미늄, 금, 은, 구리 또는 주석 각각의 도전성 금속에 대해 초기 제1금속배선층(29)의 실리콘 함유량 보다 상대적으로 적게 된다. 상기에서, 제1 및 제2금속배선층(29)(31)이 알루미늄으로 형성되는 경우 제1금속배선층(29) 내에 함유된 실리콘이 제1 및 제2금속배선층(29)(31)에 대해 1wt% 이하가 된다. 그러므로, 제1금속배선층(29)에 함유된 실리콘이 기판(21)의 표면에 석출되기 보다 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층(31)으로 확산된다. 따라서, 열처리 후 냉각시 기판(21)의 표면에 석출되는 실리콘의 량이 감소되므로 기판(21)과 제1금속배선층(29) 사이의 접촉면적이 증가된다. 그러므로, 기판(21)과 제1금속배선층(29) 사이의 접촉저항이 감소된다. 그리고, 제1 및 제2금속배선층(29)(31)을 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체장치의 금속배선층 형성방법은 기판을 노출시키는 접촉홀을 갖는 절연층 상에 도전성금속에 실리콘이 0.5~3wt% 정도가 함유된 제1금속배선층과 제1금속배선층과 동일한 도전성금속에 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층을 순차적으로 형성하고 열처리하는데, 제1금속배선층에 함유된 실리콘은 열처리시 기판 내의 실리콘이 제1 및 제2금속배선층으로 확산되는 것을 방지할 뿐만 아니라 냉각시 제1 및 제2금속배선층 전체의 실리콘 함유량은 제1금속배선층 보다 상대적으로 적기 때문에 기판과 제1금속배선층의 계면에 실리콘 석출물이 감소된다.
따라서, 본 발명은 기판과 제1금속배선층은 계면에 실리콘 석출물이 감소되므로 접촉면적이 증가되어 접촉저항이 감소되는 이점이 있다.
Claims (7)
- 도전영역을 갖는 기판 상에 절연층을 형성하는 공정과,상기 절연층을 패터닝하여 도전영역을 노출시키는 접촉홀을 형성하는 공정과,상기 절연층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 도전영역과 접촉되도록 실리콘이 함유된 제1금속배선층과 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층을 순차적으로 형성하고 열처리하는 공정과,상기 제1 및 제2금속배선층을 패터닝하는 공정을 구비하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 도전영역을 실리콘기판 내의 확산영역 또는 다결정실리콘으로 이루어진 배선층으로 형성하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 제1금속배선층 및 제2금속배선층을 동일한 도전성금속으로 형성하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 제1 및 제2금속배선층을 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 주석(Sn)으로 형성하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
- 청구항 4에 있어서,상기 제1금속배선층을 실리콘이 0.5~3wt% 함유되도록 형성하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
- 제1도전형 실리콘기판 상에 절연층을 형성하는 공정과,상기 절연층을 패터닝하여 상기 실리콘기판을 노출시키는 접촉홀을 형성하는 공정과,상기 실리콘기판의 노출된 부분에 제2도전형의 불순물을 도핑하여 확산영역을 형성하는 공정과,상기 절연층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 확산영역과 접촉되도록 실리콘이 함유된 제1금속배선층과 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층을 순차적으로 형성하고 열처리하는 공정과,상기 제1 및 제2금속배선층을 패터닝하는 공정을 구비하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
- 다결정실리콘으로 이루어진 배선이 형성된 기판 상에 절연층을 형성하는 공정과,상기 절연층을 패터닝하여 상기 배선을 노출시키는 접촉홀을 형성하는 공정과,상기 절연층 상에 상기 접촉홀을 통해 상기 배선과 접촉되도록 실리콘이 함유된 제1금속배선층과 실리콘이 함유되지 않은 제2금속배선층을 순차적으로 형성하고 열처리하는 공정과,상기 제1 및 제2금속배선층을 패터닝하는 공정을 구비하는 반도체장치의 금속배선 형성방법.
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