KR20000007410A - 반도체 소자의 금속배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘택저항을 낮춤과 더불어 배리어 금속막의 특성을 향상시키고, 공정을 단순화시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법은 다음과 같다. 실리콘을 함유한 도전층 패턴이 구비된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하고, 도전층 패턴의 일부가 노출되도록 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성한다. 콘택홀 표면 및 절연막 상에 티타늄막을 실질적으로 두꺼운 두께, 바람직하게 1,000 내지 2,000Å의 두께로 형성하고, 결과물 구조의 기판을 열처리하여, 상기 콘택홀 내의 도전층 패턴 표면 상에 티타늄-실리사이드층을 형성함과 동시에 티타늄막의 표면 상에 티타늄질화막을 형성한다. 그리고 나서, 티타늄 질화막 상에 배선물질로서 텅스텐막을 형성한다. 또한, 열처리는 암모니아 또는 질소 개스 분위기에서 급속 열처리 장비를 이용하여 800 내지 850℃의 온도에서 진행한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 낮은 콘택저항을 가지는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법에 관한 것이다.
대부분의 집적회로에서 낮은 비저항과 고온의 안정도를 가지는 금속 실리사이드는 콘택재료로서 널리 사용된다. 금속 실리사이드는 몰리브덴, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 코발트, 니켈, 백금등의 전이금속과 실리콘이 반응한 화합물이다.
도 1은 금속 실리사이드층이 적용된 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 불순물 확산층(11)이 구비된 반도체 기판(10) 상에 절연막(12)을 형성한다. 이때, 반도체 기판(10)은 실리콘 기판이다. 불순물 확산층(11)의 일부가 노출되도록 절연막(12)을 식각하여 콘택홀을 형성한다. 그런 다음, 상기 콘택홀의 표면 및 절연막(12) 상에 배리어금속막(100)으로서 티타늄막(13)과 티타늄 질화막(14)을 순차적으로 형성한다. 그 후, 열처리를 진행하여, 티타늄과 실리콘을 반응시켜 콘택홀 저부의 불순물 확산층(11) 표면에 티타늄 실리사이드층(15)을 형성한다. 그리고 나서, 도시되지는 않았지만, 티타늄 질화막(14) 상에 배선물질로서 텅스텐과 같은 금속막을 형성한다.
상기한 바와 같이, 콘택홀 저부에 형성된 티타늄 실리사이드층(15)에 의해, 이후 형성되는 배선물질과의 콘택저항이 낮아진다. 그러나, 일반적으로 배리어 금속막(100)의 티타늄막(13)은 약 400Å의 얇은 두께로 형성하는데, 이러한 얇은 두께의 티타늄막(13)으로 인하여 상기 열처리의 진행시 티타늄 실리사이드층(15)을 C54상으로 형성하기기 어렵다. 즉, C54 상은 사방정계(orthorhombic system) 구조로 비저항이 약 15 내지 20㎛Ω·㎝로서 티타늄 실리사이드(15)의 가장 안정한 상태이다. 이에 따라, 낮은 콘택저항을 얻기가 어려울 뿐만 아니라, 콘택에서 누설전류가 발생되어, 결국 소자의 특성 및 생산성이 저하된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 콘택저항을 낮출 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 배리어 금속막의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 공정을 단순화시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 단면도.
〔도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〕
20 : 반도체 기판 21 : 불순물 확산층
22 : 절연막 23 : 티타늄막
23-1 : 티타늄 질화막 24 : 티타늄 실리사이드층
200 : 배리어 금속막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법은 다음과 같다. 실리콘을 함유한 도전층 패턴이 구비된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하고, 도전층 패턴의 일부가 노출되도록 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성한다. 콘택홀 표면 및 절연막 상에 티타늄막을 실질적으로 두꺼운 두께, 바람직하게 1,000 내지 2,000Å의 두께로 형성하고, 결과물 구조의 기판을 열처리하여, 상기 콘택홀 내의 도전층 패턴 표면 상에 티타늄-실리사이드층을 형성함과 동시에 티타늄막의 표면 상에 티타늄질화막을 형성한다. 그리고 나서, 티타늄 질화막 상에 배선물질로서 텅스텐막을 형성한다.
또한, 열처리는 암모니아 또는 질소 개스를 분위기에서 급속 열처리 장비를 이용하여 800 내지 850℃의 온도에서 진행한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 실리콘을 포함한 도전층 패턴, 예컨대 불순물 확산층(21)을 구비한 반도체 기판(20) 상에 절연막(22)을 형성한다. 그런 다음, 불순물 확산층(21)의 일부가 노출되도록 절연막(22)을 식각하여 콘택홀을 형성한다. 콘택홀 표면 및 절연막(22) 상에 티티늄막(23)을 형성한다. 티타늄막(23)은 물리기상증착(Physical Vapor Depostion; PVD) 방식으로 1,000 내지 2,000Å의 두께로 종래보다 두껍게 형성한다. 또한, PVD는 콜리메이트(collimate)-PVD 방식으로 200 내지 400℃의 온도에서 진행한다.
그런 다음, 도 2a의 구조를 급속 열처리(Rapid Thermal anneal) 장비를 이용하여 800 내지 850℃의 온도에서 암모니아 또는 질소 분위기로 수십초, 바람직하게 60 초이하의 시간동안 열처리한다. 이러한 열처리에 의해, 콘택홀 저부에서 실리콘과 티타늄이 반응함과 동시에, 티타늄막(23)의 표면에서 티타늄과 질소가 반응한다. 이에 따라, 도 2b에 도시된 바와 같이, 콘택홀 내의 도전층 패턴(21)의 표면에 티타늄 실리사이드층(24)이 형성되고, 티타늄막(23)의 표면 상에 티타늄 질화막(23-1)이 형성되어, 티타늄막(23)과 티타늄 질화막(23-1)으로 이루어진 배리어 금속막(200)이 구축된다. 이때, 티타늄 실리사이드층(24)은 비저항이 낮은 가장 안정한 상태의 C54 상으로 형성된다. 그리고 나서, 도시되지는 않았지만, 배리어 금속막(200) 상에 배선용 물질로서 텅스텐과 같은 금속막을 형성한다.
상기한 본 발명에 의하면, 두껍게 형성된 티타늄막에 의해 안정된 상태의 티타늄 실리사이드층이 형성되어, 이후 형성되는 배선물질과의 콘택저항이 낮아질 뿐만 아니라 콘택에서의 누설전류가 감소된다. 또한, 배리어 금속막으로서 별도의 티타늄 질화막을 증착하는 것 없이, 열처리시 티타늄막 표면에 티타늄 질화막이 형성되기 때문에, 공정이 단순해진다. 또한, 열처리에 의해 형성된 티타늄 질화막은 그 자체의 조직이 <1, 1, 1>의 결정학적 방위의 치밀한 조직을 갖기 때문에, 종래의 증착 방식에 의해 형성되는 티타늄 질화막보다 콘택홀 내에서 하부의 티타늄 실리사이드층과의 계면 조직 및 결합력이 강화되어, 배리어 금속막의 특성이 향상된다. 결과로서, 소자의 특성이 향상될 뿐만 아니라, 생산성이 향상된다.
또한, 본 발명은 상기 실시예예 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
Claims (11)
- 실리콘을 함유한 도전층 패턴이 구비된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;상기 도전층 패턴의 일부가 노출되도록 상기 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계;상기 콘택홀 표면 및 절연막 상에 제 1 금속막을 실질적으로 두꺼운 두께로 형성하는 단계; 및,상기 결과물 구조의 기판을 열처리하여, 상기 콘택홀 내의 상기 도전층 패턴 표면 상에 금속-실리사이드층을 형성함과 동시에 상기 제 1 금속막의 표면 상에 제 2 금속막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속막은 티타늄막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 티타늄막은 1,000 내지 2,000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 티타늄막은 PVD 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 티타늄막은 콜리메이트(collimate)-PVD 방식으로 200 내지 400℃의 온도에서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 금속막은 티타늄 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 열처리는 암모니아 또는 질소 개스를 분위기에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 열처리는 급속 열처리 장비를 이용하여 800 내지 850℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성밥법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열처리 후, 상기 제 2 금속막 상에 배선물질용 제 3 금속막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 금속막은 텅스텐막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성밥법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전층 패턴을 불순물 확산층인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
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