KR100318444B1 - 금속배선형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속전도성이 매우 양호한 금속을 PVD법으로 증착하면서도 매립부를 효과적으로 채움으로써 배선 형성을 용이하게 할 수 있도록 하기 위한 금속배선 형성 방법에 관한 것으로, 절연막내의 금속배선이 형성될 소정부분을 일정두께만큼 식각하는 단계, 상기 절연막의 전면에 확산방지막을 형성하는 단계, 상기 확산방지막 상에 화학적기상증착법 또는 물리적기상증착법에 의해 제1금속층을 형성하는 단계, 상기 제1금속층상에 상기 제1금속층에 비해 전도성이 우수한 제2금속층을 형성하는 단계, 불활성 분위기하에서 열처리하여 상기 제1 및 제2금속층들간의 원자를 상호확산시키는 단계, 및 상기 제1,2 금속층들을 에치백하여 상기 절연막의 식각된 부분에 상기 제2금속층으로 이루어지는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 다층 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 차세대 ULSI반도체 및 인쇄회로기판(PCB) 형성공정중 다층 금속배선을 이중 상감법(Dual damascence)을 이용하여 형성하는 배선방법에 관한 것이다.
차세대 반도체소자의 금속 배선재료로 예상되는 금속전도성이 매우 양호한 금속, 예들 들어 Ag, Pt, Cu등은 물리적기상증착(이하 'PVD')법으로는 제조가 용이하지만 아직 안정된 금속 유기 소오스(metal organic source)가 개발되어 있지 않은 관계로 아직까지 차세대 반도체소자에 적용하기 어려운 실정이다.
본 발명은 금속전도성이 매우 양호한 금속을 PVD법으로 증착하면서도 매립부를 효과적으로 채움으로써 배선 형성을 용이하게 할 수 있는 금속배선 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 원리를 설명하는 도면,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 금속배선 형성방법을 도시한 공정순서도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1.절연막 2.확산방지막
3.제1금속층 4.제2금속층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다층 금속배선 형성방법은 절연막내의 금속배선이 형성될 소정부분을 일정두께만큼 식각하는 단계, 상기 절연막의 전면에 확산방지막을 형성하는 단계, 상기 확산방지막 상에 화학적기상증착법 또는 물리적기상증착법에 의해 제1금속층을 형성하는 단계, 상기 제1금속층상에 상기 제1금속층에 비해 전도성이 우수한 제2금속층을 형성하는 단계, 불활성 분위기하에서 열처리하여 상기 제1 및 제2금속층들간의 원자를 상호확산시키는 단계, 및 상기 제1,2 금속층들을 에치백하여 상기 절연막의 식각된 부분에 상기 제2금속층으로 이루어지는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 차세대 ULSI반도체 및 인쇄회로기판 형성공정중 다층 금속배선 형성을 위하여 이중 상감법을 이용하는 방법으로 PVD 또는 화학적기상증착(CVD)법에의해 증착이 용이한 금속(이하, "A"금속이라 함)을 먼저 증착하고 난 후, PVD법으로는 증착이 용이하지만 CVD법에 의한 증착이 어려운 고전도성의 금속(이하 "B"금속이라 함)을 연속적으로 증착하고 나서 적절한 불활성 분위기하에서 "A"금속과 "B"금속을 상호확산 계수(interdiffusion coefficient) 차이를 이용하여 상호확산시킨 후에 에치백공정을 수행하여 다층 금속배선을 형성하는 것으로, 그 원리를 도 1a 및 도 1b에 나타내었다.
도 1a에 도시된 바와 같이, "A"금속(Ti, Al 등)을 CVD법 또는 PVD법에 의해 먼저 증착한 후, 그위에 "B"금속을 증착한 후, 상호확산이 가능한 온도(500℃∼1200℃)에서 질소 또는 암모니아 분위기에서 열처리를 하면, 도 1b에 도시된 바와 같이 위치가 바뀌게 된다. 상기 "B" 금속으로는 Cu, Al, Au, Pt, Ag 등을 들 수 있다.
상기 반응이 이루어지기 위한 조건으로는, "A"금속으로 Ti, "B"금속으로 Cu를 예로 들면, "B"금속의 원자반경(Cu=2.56Å)이 "A"금속의 원자반경(Ti=3.46Å)보다 작아야 하고, 열처리시 "A"금속과 "B"금속간의 위치교환이 가능해야 하며, "A"금속과 "B"금속간에는 화학적인 친화성이 적어 열처리 도중에 두 금속간에 금속간 화합물(intermetallic compound)이 형성되지 않아야 한다. 즉, 열처리시 적용되는 질소 또는 암모니아 가스와 우선 반응하여야 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 이중 상감법을 이용한 다층 금속배선 형성방법을 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 이중 상감법을 적용하기 위하여 절연막(1)의 금속배선 형성부위를 플라즈마 식각에 의해 제거한다.
이어서 도 2b의 (A)에 나타낸 바와 같이 상기 절연막(1)상에 확산방지막(2)을 형성한 후, "A"금속층(Ti)(3)을 PVD법에 의해 증착하고 "B"금속층(Cu)(4)을 PVD법에 의해 증착하거나, 도 2b의 (B)에 나타낸 바와 같이 절연막(1)상에 확산방지막(2)을 형성한 후, "A"금속층(Ti)(3)을 CVD법에 의해 증착하고 "B"금속층(Cu)(4)을 PVD법에 의해 증착한다. 상기 확산방지막(2)은 Cr, CrN, TiN, TiW, WN, Co, CoN등으로 형성한다.
다음에 도 2c에 나타낸 바와 같이 상호확산이 가능한 어닐링 조건하에서 "A"금속(3)과 "B"금속층(4)을 상호확산시켜 위치가 바뀌도록 한 후, 도 2d에 나타낸 바와 같이 CMP 또는 플라즈마식각을 이용한 에치백을 실시하여 절연막(1)내에 상감된 고전도성의 "B"금속배선(4)을 완성한다. 상기 상호확산을 일으키기 위한 어닐링은 질소(N2) 또는 암모니아(NH3)와 같은 불활성가스 분위기하에서 로(furnace)로 처리하거나 플라즈마 처리를 수행한다. 상기 로를 이용한 열처리 조건은 압력:1mTorr이하, 질소유량:10∼1000Slm이하, 온도:500-1200℃로 하며, 플라즈마 처리시의 공정조건은 압력:1∼1000mTorr이하, 파워:100∼1000W이하, 질소유량:100∼1000SCCM이하, 온도:500-1200℃로 한다.
상술한 바와 같이, 스텝커버리지(Step coverage)가 나쁘지만 고전도성을 갖는 "B"금속과 스텝커버리지가 우수하지만 "B"금속에 비해 상대적으로 전도성이 낮은 "A"금속을 위치교환시키므로써 전도성이 우수한 "B"금속을 금속배선으로 이용할수 있다.
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 의하면, 반도체소자의 금속배선 재료로서 금속전도성이 매우 양호한 금속을 사용하여 EM 및 SM특성을 좋게 하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, RC 시간지연을 감소시켜 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 절연막내의 금속배선이 형성될 소정부분을 일정두께만큼 식각하는 단계;상기 절연막의 전면에 확산방지막을 형성하는 단계;상기 확산방지막 상에 화학적기상증착법 또는 물리적기상증착법에 의해 제1금속층을 형성하는 단계;상기 제1금속층상에 상기 제1금속층에 비해 전도성이 우수한 제2금속층을 형성하는 단계;불활성 분위기하에서 열처리하여 상기 제1 및 제2금속층들간의 원자를 상호확산시키는 단계; 및상기 제1,2 금속층들을 에치백하여 상기 절연막의 식각된 부분에 상기 제2금속층으로 이루어지는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 다층 금속배선 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2금속층을 PVD법에 의해 형성하는 다층 금속배선 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 제2금속층을 Au, Cu, Pt, Ag중의 어느 하나로 형성하는 다층 금속배선 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 확산방지막을 Cr, CrN, TiN, TiW, WN, Co, CoN중의 어느 하나로 형성하는 다층 금속배선 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 에치백공정을 CMP 또는 플라즈마식각공정을 이용하여 행하는 다층 금속배선 형성방법.
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1998
- 1998-06-30 KR KR1019980025296A patent/KR100318444B1/ko not_active IP Right Cessation
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KR20000003988A (ko) | 2000-01-25 |
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