KR950010039B1 - 반도체 집적 회로 장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 제1의 양호한 실시예에서 Al합금층을 형성하는 방법을 예시한 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 제2실시예에서 MOS LSI의 부분적인 단면도.
제3도는 Al전극 배선에서 Mg 도핑량에 대해 그려진 Al전극 배선에서 전자이동(electromigration)에 대한 내구력 특성을 도시한 다이어그램도.
제4도는 Al전극 배선에서 Mg 도핑량에 대해 그려진 Al전극 배선의 수율을 도시한 다이어그램도.
제5도는 제3도와 제4도를 합한 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 샘플 홀더 50 : 타게트
60 : 실리콘 웨이퍼 400 : 필드 산화물층
800 : 접촉 호올
본 발명은 반도체 집적 회로 장치, 및 특히 반도체 집적 회로 장치에서 알루미늄 전극을 구성하는 알루미늄 배선의 복합체에 관한 것이다.
종래 반도체 IC 장치중, 예를들어 실리콘 기판을 갖는 MOS IC 장치에서, 알루미늄을 주요성분으로 함유하는 전극 배선은 회로 소자간에 상호 접속 및 파워 라인에 사용되어 왔다. 다수 형태의 소위 Al전극 배선중에, 대략 1 웨이트(weight)%의 실리콘을 하는 Al-1% Si 복합체가 가장 널리 사용된다. Al 전극 배선을 형성하는 통상적인 방법은 스퍼터링(sputtering) 방법이며 거기에서 층간 절연체에서 접촉 호올을 형성한 후, Al-1% Sio 합금은 스퍼터링 가스로써 아르곤 가스를 갖는 Al에 비례해서 1 웨이트 퍼센트의 Si를 함유하는 스퍼터링 타게트(target)를 이온 비임으로써 충격줌으로써 적층되고, 그에 따라 전극 배선의 바람직한 형태가 포토리소그래피 (photolithography)에 의해 형성된다.
Al-1% Si가 반도체 IC 장치에서 Al 전극 배선의 재료로서 사용될때 격게되는, 문제는 부분적으로 결합 패드 부분이 부식에 민감하다는 것이 되어 왔다. 특히, 반도체 IC 장치를 포함하며 수지로 봉합된 패키지에서(이하에서 몰드된(molded) 패키지로 불리운다), 결합 패드에서 알루미늄은 결합 배선 및 봉입 수지간에 불완전한 흡착에 기인하는 간격을 통해 공기로부터의 습기등에 의해 흔히 부식되거나 산화된다. 상기 부식은 결합 배선 및 Al전극 배선간에 전기적인 접속의 붕괴를 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 부식 또는 산화를 방지할 수 있는 Al전극 배선으로 제공된 반도체 IC 장치를 제공함으로써, 전극 배선 및 결합 배선간에 전기적인 접속의 긴 수명을 보장한다.
본 발명의 다른 목적은 치식 또는 산화를 방지할 수 있는 약 1 웨이트%의 실리콘을 함유하는 Al전극 배선을 갖는 반도체 IC 장치를 제공함으로써, 전극 배선 및 결합 배선간에 전기적인 접속의 긴 수명을 보장한다.
상기 목적은 마그네슘, 구리, 코롬, 철 또는 티타늄 중 적어도 하나를 함유하는 알루미늄 전극을 갖는 반도체 IC 장치로써 얻어질 수 있고, 각각의 성분의 용량은 알루미늄에 관련한 웨이트 빙류에서 5ppm(백만 웨이트 부분(parts)당 웨이트 부분) 내지 100ppm을 범위로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 제1실시예를 도시하고, 접촉 호올을 오픈(open)하기 위한 공정을 마치고 난 후, 실리콘 웨이퍼(60)는 스퍼터링 체임버(chamber)에 위치되고 샘플 홀더(sample holder)(20)에 고착된다. 스퍼터링 체임버 (1)는 크라이오펌프(cryopump)등에 의해 5×10+7Torr로 비워지고 아르곤 가스는 대략 10Torr의 체임버(1)에서 진공을 만들기 위해 체임버(1)로 유입된다. 다음에, 10KV 전압이 체임버 (1)의 벽(wall) 양단에 인가되고 산소-프리(free) 후면판(10)은 체임버의 벽에 대해 음전위로 유지됨으로써, 아르곤 이온(Ar+)은 플라즈마 방전을 통해 만들어진다. Al에 대해 1% 웨이트의 Si 및 100ppm의 Mg를 함유하는 Al합금 타게트(50)가 미리 후면판(10)에 결합되기 때문에, 전기적인 필드에 의해 가속된 아르곤 이온(Ar+)은 Al-Si Mg 합금의 음으로 충전된 타게트(50)를 스퍼터하고, 그럼으로써 Si 및 Mg 원자가 Al-Si-Mg층을 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼(60)상에 적층된다. 추천할만한 스퍼터링 속도는 5000옹그스트롱/min이다. 각각의 자석의 북극 및 남극(30 및 30')은 Ar+이온의 나선 운동을 발생시키기 위해 위치됨으로써, 스퍼터링 효율을 증진시킨다. 램프 히터(40)는 스퍼터링 동안 대략 200℃로 웨이퍼(60)를 히팅시키기 위해 제공됨으로써, 웨이퍼(60)상에 흡수된 증류수 등 뿐만 아니라 Al-Si-Mg 층의 커버리지 (coverge)를 증가시킨다. 상기 방법에서, Al-100ppm Mg-1% Si 층은 소위 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 LSI 장치용 배선 재료로써 적층될 수 있다.
제2도는 본 발명의 제2실시예를 도시한다.
5000옹그스트롱 두께의 필드 산화물층(400)은 종래의 LOCOS 방법에 의해 1오옴 cm의 저항률을 갖는 P-형 Si 기판상에 형성된다. P+형 확산층(200)은 채널 스토퍼(stopper)로써 동작한다. 다음에, 200옹그스트롱 두께의 게이트 산화물층(500)이 형성되고, 인으로 도핑된 실리콘 다결정은 존재하는 표면상에 3000옹그스트롱의 두께로 적층된 후, 게이트 전극(600)은 포토리소그래피에 의해 형성된다. 소소-드레인(300)의 N+형 확산층은 50KeV 및 16cm+2TE에서 비소 이온 주입에 의해 형성된다. PSG(700)의 층간 절연체는 형성되고, 30분동안 950℃에서 열처리한 후에, 접촉 호올(800)은 오픈된다. 계속해서, 본 발명에 따라서 Al-5ppm Ti-5ppm Cu(900)로 구성된 배선은 DC 마그네트론 방법에 의해 적층되고, 그후 패터닝(patterning)은 포토리소그래피에 의해 수행된다.
상기 절차에 의해, 마그네슘, 구리, 크롬, 철 또는 티타늄중 적어도 하나를 바람직한 용량으로 포함하는 알루미늄 적극 배선은 얻어진다.
제3도는 Al 전극 배선에서 Mg 도핑량에 대해 그려진 실험적으로 측정된 전자이동 수명 MTF를 도시하고, 제4도는 고온 및 고습에 노출된 후 Al전극 배선의 부식에서 PCT 시험 결과를 도시한다(120℃에서 침투된 증류수에서). 제3도에 도시된 바와 같이, 거기에서 도핑량은 100ppm을 초과하고, 전자이동 수명 MTF는 감소된다. 다른 한편으로, 제4도에 도시된 바와 같이, 도핑량이 5ppm이하로 감소됨에 따라 PCT 시험후 전극 배선의 수율이 갑자기 감소한다.
그러므로, PCT 시험에서 전자이동 수명 및 내구력 둘다를 개선하기 위해, Al전극 배선은 5ppm 내지 100pgm 범위까지 Mg을 함유해야 한다는 결론을 낼 수 있다. 다른 성분, 구리, 크롬, 철 및 티타늄에 대해서도, 비슷한 결과가 얻어진다. 또한 성분(마그네슘, 구리, 크롬, 철 또는 티타늄)중 둘 또는 둘 이상의 도핑이 비슷한 결과를 유도하는 것을 실험에 의해 발견된다. 상기 경우에, 둘 또는 둘 이상의 성분중 각각의 웨이트 비율은 5ppm 내지 100ppm의 범위에 있어야 한다.
따라서, 다수의 도핑 레벨 및 선분의 결합은 가능하며, 도핑 레벨 변화 및 결합의 모든 변경이 청구된 항의 범위내에 포함되도록 의도된다.
Claims (4)
- 전자이동 내구성 및 부식 방지성을 갖는 알루미늄 전극 배선을 구비하는 반도체 집적 회로 장치에 있어서, 상기 알루미늄 전극 배선이 마그네슘, 구리, 크롬, 철 및 티타늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 함유하고, 각각의 성분의 용량이 알루미늄의 백만 웨이트 부분(parts)당 5 내지 100웨이트 부분을 범위로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 전극 배선이 약 1 웨이트%의 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 전극 배선이나 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 전극 배선이 티타늄 및 구리를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치.
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