KR20030003330A - 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속배선층으로서 낮은 비저항을 가지며 층덮힘이 우수한 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은, 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층 형성 방법에 있어서, 기판에 Cl기를 포함하는 알루미늄 소스가스를 공급하여 흡착시키는 제1 단계; 및 상기 기판에 여기된 수소 원자를 공급하여, 상기 Cl기와 상기 수소원자의 반응물을 발산시켜 알루미늄 원자층을 형성하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 층덮힘이 우수한 원자층 증착 방식에 의하여 알루미늄층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
복수개의 단위 소자를 집적하여 하나의 고집적 회로를 완성하기 위해서 각 단위소자의 연결 공정을 금속 배선 공정이라 한다. 반도체 소자의 금속 배선을 형성하는 재료로서 알루미늄이나 텅스텐 금속이 대표적으로 이용되고 있다.
특히, 금속 배선으로는 전기 전도도 및 낮은 접촉 저항등 우수한 물성을 지니고 있는 알루미늄이 주로 사용된다.
현재까지 알루미늄층을 형성하는 공정은 주로 스퍼터링(sputtering)법과 같은 물리적 방법에 의해 진행되어 왔다. 그런데 스퍼터링법은 생산성이 높고 알루미늄층의 형성이 용이하다는 장점이 있는 반면, 층덮힘이 상대적으로 나쁜 물리기상증착 방식이기 때문에 어스펙스 비(Aspect ratio)가 큰 콘택에서는 완전히 매립되지 않는 단점을 보이는 등 단차 피복력이 낮음으로 인해 소자의 신뢰성에 문제가 발생하고 있다.
스퍼터링 방법에 따를 경우 단차 피복력이 낮아지는 이유는 어스펙트 비가 큰 콘택홀등에 의해 형성된 큰 단차를 지니는 하지막상에 알루미늄층을 형성할 경우, 단차 상부에서 입사되는 직진성의 금속 입자에 대하여 그림자가 되는 부분이 발생하는 음영 효과(shadow effect)가 발생하기 때문이다. 이러한 음영 효과로 인하여 단차 부위에서 국부적으로 금속 배선막의 두께가 불균일하게 된다. 게다가 소자의 집적도가 증가할수록 어스펙트비가 커지므로 단차 피복력은 더욱 낮아지게 된다.
이와는 다르게 텅스텐 금속을 사용해서 화학기상증착법을 증착을 하게 되면 단차 피복력이 양호해서 콘택 매립에는 문제가 없으나, 알루미늄(약 2 μΩ㎝)에 비하여 상대적으로 높은 비저항(약 20 μΩ㎝)으로 인하여 콘택 저항 증가의 원인이 되고 있다. 이를 개선하기 위한 방법으로 최근에는 콘택 내에 텅스텐 매립 및 에치백(etch-back)을 한 후 비저항이 낮은 알루미늄으로 배선하는 방법을 사용하고 있지만, 이러한 공정과정은 복잡한 단계를 거쳐야하는 단점을 안고 있다.
본 발명은 반도체 소자의 금속배선층으로서, 낮은 비저항을 가지며 층덮힘이 우수한 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1 내지 도4는 본 발명에 따른 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층 형성을 보여 주는 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층 형성 방법에 있어서, 기판에 Cl기를 포함하는 알루미늄 소스가스를 공급하여 흡착시키는 제1 단계; 및 상기 기판에 여기된 수소 원자를 공급하여, 상기 Cl기와 상기 수소원자의 반응물을 발산시켜 알루미늄 원자층을 형성하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 종래의 문제를 해결하기 위하여 메탈 콘택에 층덮힘이 우수한 원자층 증착 방식을 이용하여 금속 알루미늄을 매립하는 방법을 제공한다. 즉, 알루미늄 증착용 소스인 AlCl3와 환원용 가스인 수소를 서로 교대로 흘리는 방법을 이용하여 낮은 비저항을 갖고, 층덮힘이 우수한 알루미늄층을 형성한다.
다시 말해서, 일차로 AlCl3가스를 흘려서 기판 상부 전면에 고르게 흡착시킨 후 수소가스를 흘리면서 플라즈마를 인가하면 이온화된 수소기들이 이미 흡착되어 있는 AlCl3의 Cl기와 반응하여 HCl형태로 발산되고 기판에는 알루미늄층만 남는 방식을 이용하여 깊고 좁은 메탈 콘택을 완전히 매립할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1 내지 도4는 본 발명의 개략도로서 원자층 증착방식에 의한 알루미늄 증착 방법 및 순서를 보여 주고 있다.
먼저, 도1을 살펴보면, 원자층 증착 챔버 내부의 기판 상부에 AlCl3가스를 흘려주어 기판에 AlCl3가 고르게 흡착되게 한다.
다음으로, 도2 내지 도3를 살펴보면, AlCl3가 흡착되어 있는 기판상부에 수소 가스를 플라즈마 인가하에 흘려주면 수소기들은 Al과 결합하고 있는 Cl기와 결합, 반응하여 HCl의 가스 형태로 고리를 끊고 발산된다. 이때 수소가스가 들어가는 동안은 AlCl3가스는 들어가지 않으며 반대로 수소가스가 들어 갈때는 AlCl3가스는 들어가지 않는다.
결과적으로 기판상부에는 Al 박막층만 남게되며 "AlCl3흡착 → 수소가스와 반응 → AlCl3흡착 → 수소 가스와 반응" 과정을 차례대로 진행함에 따라서 도4와 같이 Al층이 적층되게 된다.
따라서, AlCl3와 수소와의 반응과정이 연속적으로 여러차례 진행되면 일정두께의 Al층을 형성 할 수 있으며, 반복 휫수(또는 사이클수)를 적당히 조절하면 적층되는 두께를 쉽게 조절할 수 있다.
또한 이와 같은 원자층 증착 방식에 의한 Al 적층은 표면반응기구(surface reaction mechanism)에 의하여 진행되므로 깊고 좁은 콘택에서도 충분히 매립가능하며 낮은 비저항 특성을 보이므로 반도체 소자의 메탈콘택 저항 감소 및 신뢰성 향상이 기대된다. 본 발명의 공정온도범위는 200℃ ~ 500℃의 범위에서 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에 따르면, 원자층 증착 방식에 의하여 형성된 금속배선 Al층은 낮은 비저항을 가지며 층덮힘이 우수하여 반도체 소자의 깊고 좁은 메탈 콘택을 충분히 매립가능하며, 또한 원자층 수준의 두께 조절이 용이하며 기존의 콘택 매립 공정에 비하여 공정을 단순화할 수 있고 낮은 콘택 저항 특성을 얻을 수 있어서 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 원자층 증착 방식에 의한 알루미늄층 형성 방법에 있어서,기판에 Cl기를 포함하는 알루미늄 소스가스를 공급하여 흡착시키는 제1 단계; 및상기 기판에 여기된 수소 원자를 공급하여, 상기 Cl기와 상기 수소원자의 반응물을 발산시켜 알루미늄 원자층을 형성하는 제2 단계를 포함하여 이루어진 알루미늄층 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 단계와 상기 제2 단계를 교대로 반복하여 원하는 두께의 알루미늄층을 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄층 형성방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 200 ~ 500 ℃에서 이루어짐을 특징으로 하는 알루미늄층 형성방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 알루미늄 소스 가스는 AlCl3임을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 수소원자는 플라즈마에 의해 여기된 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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2001
- 2001-06-30 KR KR1020010038652A patent/KR20030003330A/ko not_active Application Discontinuation
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