KR100236984B1 - 금속배선의 전자이주특성 개선 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 확산방지막의 방향성 확보에 의해 상부에 증착되는 금속배선의 배향성 개선으로 전자이주 특성을 개선하는 방법에 관한 것으로, 실리콘 기판위에 확산방지막 또는 seed layer를 열화학 증착 방법이나 스퍼터링, 또는 열변환 등의 방법으로 형성하는 경우, 기판에 직류정원 또는 RF(radio frequency) 바이어스를 인가하여 형성되는 확산방지막이 배향성을 갖도록 하거나 기 형성된 단원계, 이원계 또는 삼원계의 내화금속 및 내화금속 질화물의 플라즈마 처리에 의해 배향성을 확보하여 상부에 고배향의 배선금속이 증착되게 하는 방법이다. 본 발명에서 제시한 확산방지막의 배향성 개선에 의해 전자이주 특성이 우수한 금속배선 구조를 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 확산방지막의 방향성 확보에 의한 금속배선의 전자이주 특성의 개선 방법에 관한 것이다.
반도체용 금속배선은 낮은 저항과 높은 전자이주 내성의 두 가지 특성을 동시에 만족시켜야 한다. 이를 위해 배선금속과의 금속간화합물 생성이 어려운 확산방지막 (diffusion barrier)의 선택에 의해 저저항화를 이룰 수 있다. 한편, 전자이주 특성의 개선은 금속막의 증착시 결정방위를 같게 하는 고배향 성장에 의해 이룰 수 있다.
이를 위한 방안으로는 배향성이 우수한 금속을 시드층(seed layer)으로 선증착 (pre-deposition) 하고, 그 위에 순수한 배선금속을 증착하여 저저항과 배향성을 확보하는 방법과, 확산방지막의 배향성을 확보하여 상부에 증착되는 배선금속이 고배향을 가지도록 하는 방법이 있다. 따라서, 금속배선용 확산방지막은 금속간 화합물을 쉽게 만들지 않아야 하며 상부의 배선금속이 일정한 방향성을 가지며 증착하도록 하는 등의 두 가지 특성을 동시에 만족시켜야 한다. 특히, 비교적 낮은 온도에서 쉽게 확산을 시작하는 구리(Cu)용 확산방지막의 경우는 효율적인 확산방지막의 기능과 구리의 배향성을 증진시킬 수 있는 특성을 동시에 가져야 한다.
일반적으로, 배향성이 우수한 확산방지막으로는 Ta, Nb, Cr 등이 고려되고 있고, 고배향성의 관점에서는 Nb이 가장 유망한 것으로 알려지고 있다. 그러나 확산방지 특성의 관점에서 반응성 스퍼터에 의한 내화금속 질화물(TiN, TaN, WN 등)이 많이 사용되어지고 있는데, 상기의 배향성 개선의 목적을 달성하기 위한 방안으로는 내화금속 질화물을 암모니아 가스 분위기에서 재질화하는 방법이 채택되고 있다. 이는 재질화에 의해 질화물 표면을 균일하게 하면서 질화물의 방향성을 촉진시키는 효과를 얻기 위한 것이다.
그러나, 상기의 재질화법은 고온의 열질화 공정에 의한 것으로 열공정에 의한 계면의 이동 (interface shift) 등의 영향을 고려해야 하고, 재현성의 확보를 위해서는 박막 조성 제어를 위한 질화 분위기의 정밀한 조절이 필요한 등의 문제점이 있다.
본 발명은 확산방지막의 배향성 개선에 의한 배선금속의 전자이주 특성을 개선하여 양호한 금속배선 구조를 형성할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에서 제시하는 금속배선의 전자이주 특성 개선방법의 공정 순서도.
본 발명은 배향성을 가지는 반도체 소자의 금속박막 형성방법에 있어서, 반도체 기판을 제공하는 단계와; 상기 반도체 기판 상에 전원을 인가하면서 상기 반도체 기판 상에 확산방지막을 도포하여 상기 확산방지막이 배향성을 가지도록 하는 단계; 및 상기 확산방지막 상에 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 배향성을 가지는 반도체 소자의 금속박막 형성방법에 있어서, 표면 상부에 확산방지막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와; 상기 반도체 기판 상에 전원을 인가하면서 상기 확산방지막을 열처리하여 상기 확산방지막이 배향성을 가지도록 하는 단계; 및 상기 확산방지막 상에 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 배향성을 가지는 반도체 소자의 금속박막 형성방법에 있어서, 표면 상부에 확산방지막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와; 상기 반도체 기판 상에 형성된 확산방지막을 질화가스 분위기에서 플라즈마처리하여 상기 확산방지막이 배향성을 가지도록 하는 단계; 및 상기 확산방지막 상에 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 재질화법 등의 문제점을 극복하고 공정의 단순화를 이루기 위해, 확산방지막의 배향성 확보에 의해 상부에 증착되는 금속배선용 박막의 배향성을 개선시키는 것으로 다음의 세 가지 방법이 제시된다.
첫째, 실리콘 기판위에 확산방지막 또는 시드층으로 단원계, 이원계 또는 삼원계의 내화금속 및 내화금속 질화물(Ta, Nb, Cr, Ti, Ta, W, TiN, TaN, WN, TiSiN, TaSiN, WSiN 등)을 열화학 증착 방법이나 스퍼터링에 의해 증착하는 경우, 실리콘 기판이 놓이는 척(chuck)에 직류(dc) 또는 RF 바이어스를 인가하여 증착되는 확산방지막이 배향성을 갖도록 하다.
둘째, 실리콘 상에 내화금속(Ti, Ta, W 등)을 증착한 후, 질화분위기에서 열변환하여 이원계 질화물과 실리사이드를 동시에 형성하는 경우와, 열변환에 의해 형성한 이원계 질화물상에 배선금속을 증착하고 후열처리에 의해 배선금속의 특성 개선과 더불어 하부 실리콘의 외향확산으로 이원계 확산방지막을 확산방지 특성이 우수한 삼원계 화합물로 변환시키는 경우에, 기판이 놓이는 척에 dc 또는 RF 바이어스를 인가하여 형성되는 확산방지막이 배향성을 갖도록 한다.
셋째, 상기의 열화학증착 및 스퍼터링에 의한 증착과 열변환에 의해 형성한 단원계, 이원계 또는 삼원계의 내화금속 및 내화금속 질화물을 수소 등의 환원 분위기와 암모니아, 질소 등의 질화 분위기에서 플라즈마 처리하여 확산방지막 표면의 배향성을 개선시키는 방법이다.
그러므로, 본 발명에서 제시한 확산방지막의 배향성 개선에 의해 고배향성의 배선금속을 상부에 증착하여 전자이주 특성이 우수한 배선금속 구조를 형성 할 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 열질화 공정 등의 후열처리에 의한 공정 재현성의 악화를 피할 수 있고, 부가적인 공정 없이 고배향의 확산방지막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 형성된 확산방지막 상에 전자이주 특성이 우수한 고배향성의 반도체용 배선금속을 형성 할 수 있는 효과가 있다.
Claims (14)
- 배향성을 가지는 반도체 소자의 금속박막 형성방법에 있어서,반도체 기판을 제공하는 단계와;상기 반도체 기판 상에 전원을 인가하면서 상기 반도체 기판 상에 확산방지막을 도포하여 상기 확산방지막이 배향성을 가지도록 하는 단계; 및상기 확산방지막 상에 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 확산방지막은 Ta, Nb, Cr, Ti, Ta, W, TiN, TaN, WN, TiSiN, TaSiN, WSiN중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 확산방지층은 열화학 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 인가 전원은 직류전압인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 인가 전원은 RF바이어스인 것을 특징으로 하는 방법.
- 배향성을 가지는 반도체 소자의 금속박막 형성방법에 있어서,표면 상부에 확산방지막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와;상기 반도체 기판 상에 전원을 인가하면서 상기 확산방지막을 열처리하여 상기 확산방지막이 배향성을 가지도록 하는 단계; 및상기 확산방지막 상에 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 확산방지막은 Ta, Nb, Cr, Ti, Ta, W, TiN, TaN, WN, TiSiN, TaSiN, WSiN중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 확산방지층은 열화학 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 인가 전원은 직류전압인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 인가 전원은 RF바이어스인 것을 특징으로 하는 방법.
- 배향성을 가지는 반도체 소자의 금속박막 형성방법에 있어서,표면 상부에 확산방지막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와;상기 반도체 기판 상에 형성된 확산방지막을 질화가스 분위기에서 플라즈마처리하여 상기 확산방지막이 배향성을 가지도록 하는 단계; 및상기 확산방지막 상에 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 확산방지막은 Ta, Nb, Cr, Ti, Ta, W, TiN, TaN, WN, TiSiN, TaSiN, WSiN중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 확산방지층은 열화학 증착 또는 스퍼터링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 질화가스는 암모니아 또는 질소가스인 것을 특징으로 하는 방법.
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