KR19990000068A - 반도체소자의 금속배선 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 반도체기판의 평탄화 절연막 상부에 금속박막을 형성하는 방법에 있어서, 상기 금속박막을 수소가스와 아르곤가스를 반응가스로 하여 스퍼터링방법으로 형성하여 상기 수소가스와 격자결함의 상호작용에 의해 금속박막의 비저항의 낮아짐으로써 금속박막의 일렉트로 마이그레이션 특성을 향상시키고 반도체소자의 특성을 향상시킬 수 있는 기술이다.

Description

반도체소자의 금속배선 형성방법

본 발명은 반도체소자의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 물리기상증착 방법중에서 스퍼터링방법으로 반도체기판에 금소박막을 형성하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 소자간이나 소자와 외부회로 사이를 전기적으로 접속시키기 위한 반도체소자의 배선은, 배선을 위한 소정의 콘택홀 및 비아홀을 배선재료로 매립하여 배선층을 형성하고 후속공정을 거쳐 이루어지면, 낮은 저항을 필요로 하는 곳에는 금속배선을 사용한다.

상기 금속배선은 알루미늄(Al)에 소량의 실리콘이나 구리가 포함되거나 실리콘과 구리가 모두 포함되어 비저항이 낮으면서 가공성이 우수한 알루미늄합금을 배선재료로 하여 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, 이하에서 PVD라 함) 방법의 스퍼터링으로 상기 콘택홀 및 비아홀을 매립하는 방법이 가장 널리 이용되고 있다.

종래기술에서 널리 이용되는 물리기상증착방법은 그 과정이 화학적 반응없이 물리적 기구에 의하여 증착이 이루어진다. 그리고, 상기 물리기상증착방법의 일종인 스퍼터링방법은 외부인가전압에 의해 저압의 기체를 이온화, 즉 플라즈마화시켜 기체이온을 형성하며, 상기 기체이온은 전위차에 의해 가속되어 음극 타겟을 때린다. 이때, 상기 기체이온의 충돌에 의해 타겟의 원자가 튀어나와 모재 표면에서 응집·성장하여 박막을 형성한다. 일반적으로, 상기 저압의 기체는 아르곤이 사용된다.

상기 스퍼터링방법은, 화학기상증착방법에 비하여 저온에서 실시되며 공정이 단순한 장점이 있다.

그러나, 금속박막내에 겨람이 증가로 금속박막의 비저항이 높아지는 문제가 있고, 디자인룰이 작아짐에 따라 금속배선의 저항값이 커지게 되어 금속박막에 일렉트로 마이그레이션(EM) 현상과 같은 신뢰성 측면과 알씨(RC) 딜레이 등과 같은 소자 특성 측면에 좋지않은 영향을 준다.

이때, 상기 금속박막 내부의 결함은, 스퍼터링공정시 반도체기판과 충돌하는 스퍼터된 원자(sputtered atoms)열전자(thermal electrons), 높은 에너지의 전자, 음이온,양이온 불순물가스의 원자, 빠른 중성자, 포톤(photons) 및 타겟으로 부터의 엑스레이 등으로 인하여 상기 반도체기판을 형성하는 실리콘의 격자구조를 파괴함으로써 상기 반도체기판에 많은 격자결함, 즉 인터스티셜(interstitial)과 베이컨시(vacancy)들을 유발한다.

여기서, 상기 인터스티셜은 상기 실리콘 격자구조에서 실리콘원자가 이탈하여 격자간의 다른 자리에 위치한 것을 말하며, 이때, 상기 실리콘원자가 이탈한 자리를 베이컨시라 한다.

상술한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, 스퍼터링공정시 반도체기판에 많은 격자결함을 유발하여 반도체소자의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

참고로, EM이란 다수의 전자가 금속배선층인 알루미늄합금을 통해 이동할때 알루미늄이온과 충돌하여 전자의 운동량의 알루미늄이온에 전달됨으로써 전자의 흐르방향으로 알루미늄의 질량흐름(mass flux)이 생기는 현상을 말한다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 스퍼터링공정시 아르곤과 수소의 혼합가스를 반응가스로 사용하여 금속배선을 형성함으로써 금속배선의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 금속배선 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은;

평탄화된 반도체 기판에 금속박막을 형성하는 방법에 있어서;

상기 금속박막은 수소가스와 아르곤가스를 반응가스로 하는 스퍼터링방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원리는, 스퍼터링공정시 수소가스와 아르곤가스의 혼합가스를 이용하여 반도체기판 상부에 증착되는 금속박막의 격자결함과 수소가스의 상호작용에 의하여 격자결함의 수를 감소시켜 금속박막의 비저항값을 낮춤으로써 EM 특성 및 소자의 특성을 향상시키는 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 반도체기판 상부를 평탄화시키는 평탄화절연막을 형성한다.

그리고, 상기 평탄화절연막을 모재로 하여 스퍼터링공정을 실시하여 금속박막을 형성하되, 공정조건은 다음과 같이 한다.

우선, 스퍼터링챔버의 기체유입전 기본압력은 5×10^-7Torr 이하로 유지한다. 그리고, 5퍼센트의 수소가스와 95퍼센트의 아르곤가스의 혼합가스를 반응가스로 하여 반응챔버에 유입하며, 상기 반응챔버의 압력은 2.5×10^-3Torr 정도로 유지한다. 그리고, 상기 스퍼터링공정에서 수소가스의 분압은 5~30퍼센트로 하여 실시하여도 무방하다.

이때, 상기 수소이온과 격자결함이 상호작용하여 격자결함의 수를 감소시킨다.여기서, 상기 상호작용은 금속박막의 형성중에 일어나므로 금속박막의 표면에 제한되지 않고 상기 금속박막 전체에서 일어난다.

이로인하여, 상기 금속박막은 비저항이 낮아서 EM 특성이나 소자특성면에서 우수한 고집적소자 제조에 적용가능하다.

또한, 본 발명은 Al, Cu, W, Au 또는 Ag 등과같은 거의 모든 금속과 합금의 박막 형성공정에 적용가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, 반응가스를 아르곤에서 아르곤과 수소의 혼합가스로 바꿔줌으로써 격자결함의 수가 적어져서 비저항이 낮은 우수한 막질의 금속박막을 얻어 디자인룰의 감소로 인하여 발생되는 EM 등에 의한 반도체소자의 단선 및 합선 현상을 감소시킬 수 있으며, 도선의 저항 감소로 RC 디렐이를 감소시켜 반도체소자의 신호처리속도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체기판의 평탄화 절연막 상부에 금속박막을 형성하는 방법에 있어서;

   상기 금속박막은 수소가스와 아르곤가스를 반응가스로 하는 스퍼터링방법으로 형성하는 반도체소자의 금속배선 형성방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 스퍼터링공정은 수소가스의 분압을 5~30퍼센트로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 스퍼터링공정은 상기 수소가스와 아르곤가스를 각각 3~7%, 93~97% 정도로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 형성방법.