KR100967130B1 - 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법은, 반도체 기판 상부에 형성된 하부 금속배선과, 상기 반도체 기판 상에 형성되며, 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막과, 상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막을 포함하는 확산방지막과, 상기 확산방지막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 상부 금속배선을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 이종 금속 간을 접합하여 금속배선 형성시, 상호 금속확산에 의한 고저항의 금속간 화합물의 생성을 방지하여 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자에는 소자와 소자 간, 또는, 배선과 배선 간을 전기적으로 연결하기 위해 금속배선이 형성되며, 그리고, 하부 금속배선과 상부 금속배선 간의 연결을 위해 콘택 플러그가 형성된다. 여기서, 반도체 소자의 고집적화 추세에 따라 디자인 룰(Design Rule)이 감소되면서, 상기 콘택 플러그가 형성되는 콘택홀의 종횡비가 점차 증가하고 있다. 이에, 금속배선 및 콘택 플러그를 형성하는 공정의 난이도와 중요성이 부각되고 있는 실정이다.
상기 금속배선의 재료로서는 전기 전도도가 우수한 알루미늄(Al) 및 텅스텐(W)이 주로 이용되어 왔으며, 최근에는 상기 알루미늄 및 텅스텐 보다 전기 전도도가 월등히 우수하고 저항이 낮아 고집적 고속동작 소자에서 RC 신호 지연 문제를 해결할 수 있는 구리(Cu)를 차세대 금속배선 물질로 사용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
그런데, 상기 구리의 경우, 배선 형태로 건식 식각하기가 용이하지 않기 때문에 구리로 금속배선을 형성하기 위해서 다마신(Damascene)이라는 공정 기술이 이용된다.
상기 다마신 공정을 이용한 금속배선은 층간절연막을 식각해서 다마신 패턴을 형성한 후, 상기 다마신 패턴 내에 배선용 금속막, 즉, 구리막과 같은 금속막을 매립하여 형성한다.
상기 다마신 패턴은 싱글-다마신(Single-Damascene) 공정과 듀얼-다마신(Dual-Damascene) 공정을 통해 형성되며, 상기 듀얼 다마신 공정을 적용하는 경우에는 상층 금속배선, 그리고, 상기 상층 금속배선과 하층 금속배선을 연결시키기 위한 콘택 플러그를 동시에 형성할 수 있을 뿐 아니라 금속배선에 의해 발생하는 단차를 제거할 수 있어서 후속 공정을 용이하게 할 수 있다.
한편, 상기와 같은 다마신 공정을 이용하여 다층 금속배선을 형성함에 있어서, 하부 금속배선 물질로서 구리막을 적용하고 상부 금속배선 물질로서 알루미늄막을 적용하는 경우, 이종 금속 간의 접합시, 상호 확산으로 인해 고 저항 화합물이 생성될 수 있다.
따라서, 이러한 고 저항의 화합물 생성을 방지하기 위해서는 상기 구리막으로 이루어진 하부 금속배선과 알루미늄막으로 이루어진 상부 금속배선의 접촉 게면에 확산방지막(Diffusion Barrier Layer)을 형성해주어야 한다. 상기 확산방지막으 로서는 통상 Ti막/TiN막을 이용한다.
그러나, 전술한 종래 기술의 경우, 상기 확산방지막이 그의 역할을 안정적으로 수행하기 위해서는 충분한 두께로 형성되어야 하는데, 그렇게 되면, 금속 간의 고저항 화합물 생성은 방지할 수 있겠으나, 확산방지막이 두껍게 형성되는 것에 비해 상대적으로 알루미늄막이 차지하는 비중이 감소하게 되어 콘택 저항이 충분하게 감소되지 않게 된다.
반대로, 콘택 저항의 감소 효과를 향상시키고자 확산방지막의 두께를 감소시키게 되면, 상부 금속배선 물질인 알루미늄의 확산으로 인해 알루미늄막 내의 보이드 발생 및 고 저항 화합물 생성이 일어나게 되고, 그래서, 콘택 저항 상승이 유발되어 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 감소시키게 된다.
본 발명은 확산방지막의 특성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 소자는, 반도체 기판 상부에 형성된 하부 금속배선; 상기 반도체 기판 상에 형성되며, 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막; 상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되 며, WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막을 포함하는 확산방지막; 및 상기 확산방지막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 상부 금속배선;을 포함한다.
상기 하부 금속배선은 구리막을 포함하고, 상기 상부 금속배선은 알루미늄막을 포함한다.
상기 WNx막의 x의 값은 0.3∼3.0의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 확산방지막과 상기 상부 금속배선 사이에 개재된 웨팅막을 더 포함한다.
상기 웨팅막은 Ti막 또는 TiN막을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선은, 반도체 기판 상부에 형성된 하부 금속배선; 상기 반도체 기판 상에 형성되며, 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막; 상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막을 포함하는 확산방지막; 및 상기 확산방지막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 상부 금속배선;을 포함한다.
게다가, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은, 반도체 기판의 상부에 하부 금속배선을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막을 포함하는 확산방지막을 형성하는 단계; 및 상기 확산방지막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 상부 금속배선을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 하부 금속배선은 구리막을 포함하고, 상기 상부 금속배선은 알루미늄막을 포함한다.
상기 WNx막의 x의 값은 0.3∼3.0의 범위로 형성한다.
상기 확산방지막에서의 W-N-B막은 WNx막 내에 보론을 침투시켜 형성한다.
상기 WNx막은 PVD, CVD 및 ALD 중 어느 하나의 방식으로 형성한다.
상기 WNx막은 30∼500Å의 두께로 형성한다.
상기 보론은 보론 계열의 기체를 이용한 열 처리 또는 플라즈마 처리로 침투시키는 것을 특징으로 한다.
상기 보론 계열의 기체는 B2H6를 이용한다.
상기 확산방지막에의 W-N-B막은 상기 WNx막 두께의 10∼100%의 두께로 형성한다.
상기 WNx막은 질소 리치(Rich)한 막으로 형성한다.
상기 확산방지막을 형성하는 단계와, 상기 확산방지막 상에 상부 금속배선을 형성하는 단계 사이에, 상기 확산방지막 상에 웨팅막을 형성하는 단계;를 더 포함한다.
상기 웨팅막은 Ti막 또는 TiN막으로 형성한다.
상기 웨팅막은 PVD, CVD 및 ALD 중 어느 하나의 방식으로 형성한다.
상기 웨팅막은 100∼500Å의 두께로 형성한다.
상기 확산방지막에서의 Ti-N-B막은 상기 웨팅막에서의 Ti막 또는 TiN막 내로 상기 확산방지막에서의 W-N-B막의 보론 및 질소를 침투시켜 형성한다.
상기 보론 및 질소의 침투는 상기 확산방지막에서의 W-N-B막을 열 처리하여 확산시키는 것을 특징으로 한다.
상기 확산방지막에서의 Ti-N-B막은 상기 웨팅막 두께의 10∼50%의 두께로 형성한다.
게다가, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은, 반도체 기판의 상부에 하부 금속배선을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막을 포함하는 확산방지막을 형성하는 단계; 및 상기 확산방지막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 상부 금속배선을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 하부 금속배선과 상부 금속배선 물질로서 각각 구리막과 알루미늄막의 적용시에 상기 하부 금속배선과 상부 금속배선 사이의 계면에 확산방지막으로서 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막의 적층막을 형성함으로써, 확산방지막의 특성을 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상부 금속배선 물질인 알루미늄의 확산으로 인한 알루미 늄막 내의 보이드 및 고 저항 화합물 생성을 방지할 수 있으므로, 그에 따른 콘택 저항 상승을 방지할 수 있다.
그 결과, 본 발명은 반도체 소자의 특성 및 신뢰성 감소를 방지할 수 있다.
본 발명은, 하부 금속배선과 상부 금속배선 물질로서 각각 구리막과 알루미늄막의 적용시에 상기 하부 금속배선과 상부 금속배선 사이의 계면에 확산방지막으로서 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막의 적층막을 형성한다.
이렇게 하면, 종래의 스퍼터 방식으로 형성하는 Ti/TiN의 확산방지막과는 달리 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막의 적층막으로 이루어진 확산방지막을 형성함으로써 상기 확산방지막의 특성을 개선할 수 있다.
따라서, 상부 금속배선 물질인 알루미늄의 확산으로 인한 알루미늄막 내의 보이드 및 고 저항 화합물 생성을 방지할 수 있으므로, 그에 따른 콘택 저항 상승을 방지할 수 있다.
그 결과, 반도체 소자의 특성 및 신뢰성 감소를 방지할 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
자세하게, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선을 설명하기 위한 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선(150)은, 게이트 및 캐패시터와 같은 하부 구조물(도시안됨)이 구비된 반도체 기판(100) 상부에 층간절연막(102) 및 연마정지막(108)이 차례로 형성되어 있고, 상기 연마정지막(108)을 포함한 층간절연막(102) 내에는 하부 금속배선이 형성될 제1배선 형성 영역(D)이 형성되어 있으며, 상기 제1배선 형성 영역(D) 내에는 하부 금속배선(106)이 형성되어 있다. 이때, 상기 하부 금속배선(106)은 구리막으로 형성된다.
또한, 상기 하부 금속배선(106)을 포함한 층간절연막(102) 상에는 식각정지막(110) 및 절연막(112)이 차례로 형성되며, 상기 식각정지막(110)을 포함한 절연막(112) 내에 상기 하부 금속배선(106)을 노출시키는 제2배선 형성 영역(D')이 형성되어 있으며, 상기 제2 배선 형성 영역(D')을 포함한 절연막(112) 상에 상부 금속배선(118)이 형성되어 있다. 이때, 상기 상부 금속배선(124)은 알루미늄막으로 형성된다.
여기서, 상기 상부 금속배선(118)이 형성된 절연막(112)의 제2배선 형성 영역(D')의 표면 상에는 WNx막(114), W-N-B 삼성분계막(116) 및 Ti-N-B 삼성분계막(118)의 적층막 또는 WNx막(114), W-N-B 삼성분계막(116) 및 Ta-N-B 삼성분계막(도시안됨)의 적층막으로 이루어진 확산방지막(120)이 형성되며, 이때, 상기 확산방지막(120) 상에는 Ti막, TiN막, Ta막 및 TaN막 중 어느 하나의 막으로 이루어진 웨팅막(122)이 형성된다.
이때, 상기 WNx막(114)에서의 x의 값은 0.3∼3.0의 범위를 갖는다.
또한, 상기 하부 금속배선(106)이 형성된 제1배선 형성 영역(D)은 싱글 다마신 공정 또는 듀얼 다마신 공정에 따라 트렌치 구조, 또는, 트렌치 및 상기 트렌치와 연결되는 적어도 하나 이상의 비아홀을 포함하는 트렌치 및 비아홀 구조로 형성될 수 있으며, 이때, 상기 상부 금속배선(124)이 형성된 제2배선 형성 영역(D')은 비아홀 구조로 형성한다.
구체적으로, 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 설명하기 위한 공절별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 2a를 참조하면, 게이트 및 비트라인과 같은 하부 구조물(도시안됨)이 구비된 반도체 기판(200)의 상부에 상기 하부 구조물을 덮도록 층간절연막(202)을 형성하고, 상기 층간절연막(202) 상에 연마정지막(208)을 형성한다.
그런 다음, 상기 층간절연막(202) 및 연마정지막(208)을 식각하여 하부 금속배선이 형성될 제1배선 형성 영역(D)을 형성한다. 여기서, 상기 제1배선 형성 영역(D)은 트렌치로 이루어진 싱글(Single) 구조 또는 트렌치와 비아 홀을 포함하는 듀얼(Dual) 구조로 형성할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 연마정지막(208)을 포함한 제1배선 형성 영역(D)의 표면 상에 구리의 확산방지막 역할을 수행하기 위한 TaN/Ta막(204)을 형성하고, 상기 TaN/Ta막(207) 상에 금속막의 매립을 위한 씨드막(도시안됨)을 형성한다.
이어서, 상기 씨드막 상에 상기 제1배선 형성 영역(D)을 매립하도록 하부 금속배선용 금속막(206a)을 형성한다. 상기 상부 금속배선용 금속막(206a)은 구리막으로 형성하며, 전해도금 방식을 이용하여 형성한다.
도 2c를 참조하면, 상기 하부 금속배선용 금속막 및 TaN/Ta막(204)을 상기 연마정지막(208)이 노출될 때까지 CMP하여 제거해서 하부 금속배선(206)을 형성한다음, 상기 TaN/Ta막(204)을 포함한 하부 금속배선(206) 및 연마정지막(208) 상에 캡핑막(210)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 상기 캡핑막(210) 상에 절연막(212)을 형성하고, 상기 절연막(212) 및 캡핑막(210)을 상기 하부 금속배선(206)이 노출될 때까지 식각하여 제2배선 형성 영역(D')을 형성한다. 이때, 상기 제2배선 형성 영역(D')은, 바람직하게, 비아 홀 구조이다.
도 2e를 참조하면, 상기 제2배선 형성 영역(D')의 표면을 포함한 절연막(212) 상에 WNx막(214)을 형성한다. 이때, 상기 WNx막(214)은 30∼500Å의 두께로 형성하며, 또한, 상기 WNx막(214)은 질소 리치(Rich)한 막으로 상기 x의 값이 0.3∼3.0의 범위를 갖도록 형성한다.
여기서, 상기 WNx막(214)은 다음과 같은 세 가지 방식으로 형성한다.
첫 번째로, PVD(Physical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 상기 WNx막(214)을 형성할 경우, 바텀 커버리지가 우수한 I-PVD 방식을 적용하고, 100∼300℃의 온도에서 1∼100 mTorr의 압력을 인가하여 텅스텐 타겟에 N2 가스를 사용하면서 리액티브(Reactive) 스퍼터링을 수행하여 형성한다.
두 번째로, CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 상기 WNx 막(214)을 형성할 경우, 200∼400℃의 온도에서 1∼40 Torr의 압력을 인가하여 텅스텐 및 질화 소오스 가스를 사용하며, 상기 텅스텐의 소오스 가스로 WF6를 사용함과 아울러, 상기 WF6의 환원제로 Borane Derevatives(Diborane, Decaborane, Tetraborane, Heptaborane, Pentaborane) 또는 Silane Derevatives(Silane, Disilane, Si2H2Cl2)를 사용하고, 또한, 상기 질화 소오스 가스를 사용함과 아울러, 상기 질화 소오스 가스로 NH3 및 N2H4를 사용하여 형성한다.
세 번째로, ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 이용하여 상기 WNx막(214)을 형성할 경우, 200∼400℃의 온도에서 1∼40 Torr의 압력을 인가하여 상기 CVD 방식에서와 동일하게 텅스텐 및 질화 소오스 가스를 사용하며, 상기 텅스텐의 소오스 가스로 WF6를 사용함과 아울러, 상기 WF6의 환원제로 Borane Derevatives(Diborane, Decaborane, Tetraborane, Heptaborane, Pentaborane) 또는 Silane Derevatives(Silane, Disilane, Si2H2Cl2)를 사용하고, 또한, 상기 질화 소오스 가스를 사용함과 아울러, 상기 질화 소오스 가스로 NH3 및 N2H4를 사용하여 형성하며, 이때, 공정 중간에 반복적으로 아르곤과 같은 퍼지(Purge) 가스를 사용하여 형성한다.
즉, 텅스텐 및 질화 소오스 가스와, 그리고, WF6 및 상기 WF6의 환원제와 상기 질화 소오스 가스를 주입하고, 그런 다음, 퍼지 가스를 주입하고, 다시, 상기 텅스텐 및 질화 소오스 가스와, 그리고, WF6 및 상기 WF6의 환원제와 상기 질화 소오스 가스를 주입하고, 다시, 퍼지 가스를 주입하는 방식으로 수행하여 형성하며, 이때, 상기 텅스텐 및 질화 소오스 가스와, 그리고, WF6 및 상기 WF6의 환원제와 상기 질화 소오스 가스의 주입과 퍼지 가스 간의 주입 순서는 변경가능하다.
그런 다음, 상기 WNx막(214) 내에 보론을 침투시켜 상기 WNx막(214) 상에 W-N-B 삼성분계막(216)을 형성한다. 이때, 상기 WNx막(214) 내의 보론 침투는 B2H6와 같은 보론 계열의 기체를 이용한 열 처리 또는 플라즈마 처리로 수행한다. 이때, 상기 W-N-B 삼성분계막(216)은 상기 WNx막(214) 두께의 10∼100%의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
도 2f를 참조하면, 상기 W-N-B 삼성분계막(216) 상에 Ti막, TiN막, Ta막 및 TaN막 중 어느 하나의 막으로 이루어진 웨팅막(222)을 PVD, CVD 및 ALD 중 어느 하나의 방식으로 100∼500Å의 두께만큼 형성한다. 그런 다음, 상기 웨팅막(222) 하부에 Ti-N-B 삼성분계막(218) 또는 Ta-N-B 삼성분계막(도시안됨)을 형성하여 WNx막(214), W-N-B 삼성분계막(216) 및 Ti-N-B 삼성분계막(218)의 적층막 또는 WNx막(214), W-N-B 삼성분계막(216) 및 Ta-N-B 삼성분계막으로 이루어진 확산방지막(220)을 형성한다.
여기서, 상기 Ti-N-B 삼성분계막(218) 또는 Ta-N-B 삼성분계막은 상기 W-N-B 삼성분계막(216)의 보론 및 질소를 상기 웨팅막(222)의 Ti막, TiN막, Ta막 및 TaN 막 중 어느 하나의 막내로 침투시켜 형성하며, 이때, 상기 보론 및 질소의 상기 Ti막, TiN막 Ta막 및 TaN막 중 어느 하나의 막으로의 침투는 상기 W-N-B 삼성분계막(216)을 열 처리(H)하여 확산시킨다.
또한, 상기 Ti-N-B 삼성분계막(216) 또는 Ta-N-B 삼성분계막은 상기 웨팅막(222) 두께의 10∼50%의 두께로 형성한다.
도 2g를 참조하면, WNx막(214), W-N-B 삼성분계막(216) 및 Ti-N-B 삼성분계막(218)의 적층막 또는 WNx막(214), W-N-B 삼성분계막(216) 및 Ta-N-B 삼성분계막의 적층막으로 이루어진 확산방지막(220) 및 웨팅막(222)을 갖는 상기 제2배선 형성 영역(D')을 포함한 반도체 기판(200) 상에 상기 제2배선 형성 영역(D')을 매립하도록 상부 금속배선용 금속막을 매립한다. 이때, 상기 상부 금속배선용 금속막은 알루미늄막으로 형성한다.
이어서, 상기 상부 금속배선용 금속막, 웨팅막(222) 및 확산방지막(220)을 식각함과 아울러, 상부 금속배선(224)을 형성하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선(250)을 형성한다.
전술한 바와 같이 본 발명은, 하부 금속배선과 상부 금속배선 물질로서 각각 구리막과 알루미늄막의 적용시에 상기 하부 금속배선과 상부 금속배선 사이의 계면에 확산방지막으로서 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B 막의 적층막을 형성하고, 또한, WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막의 적층막을 포함하는 확산방지막 상에 웨팅막(Wetting layer)을 형성 함으로써, 종래의 스퍼터 방식으로 형성하는 Ti/TiN의 확산방지막과는 달리 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막의 적층막으로 이루어진 확산방지막을 형성함으로써 상기 확산방지막의 특성을 개선할 수 있다.
따라서, 상부 금속배선 물질인 알루미늄의 확산으로 인한 알루미늄막 내의 보이드 및 고 저항 화합물 생성을 방지할 수 있으므로, 그에 따른 콘택 저항 상승을 방지할 수 있다.
또한, 상기 WNx막, W-N-B막 및 Ti-N-B막 또는 WNx막, W-N-B막 및 Ta-N-B막의 적층막을 포함하는 확산방지막 상에 웨팅막을 더 형성해줌으로써 상기 Ti-N-B 삼성분계막 또는 Ta-N-B 삼성분계막을 형성해줌과 아울러, 알루미늄막으로 이루어진 상부 금속배선의 형성시, 상기 상부 금속배선의 형성을 안정적이고 용이하게 수행할 수 있으므로, 그 결과, 반도체 소자의 특성 및 신뢰성 감소를 방지할 수 있다.
이상, 전술한 본 발명의 실시예들에서는 특정 실시예에 관련하고 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선을 설명하기 위한 공정별 단면도.
Claims (24)
- 반도체 기판 상부에 형성된 하부 금속배선;상기 반도체 기판 상에 형성되며, 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막;상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, WNx막과 W-N-B 삼성분계막 및 Ti-N-B 삼성분계막이 차례로 적층된 구조를 포함하는 확산방지막;상기 확산방지막 상에 형성된 웨팅막; 및상기 웨팅막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 상부 금속배선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 금속배선은 구리막을 포함하고, 상기 상부 금속배선은 알루미늄막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.
- 제 1 항에 있어서,상기 WNx막의 x의 값은 0.3∼3.0의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 웨팅막은 Ti막 또는 TiN막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.
- 반도체 기판 상부에 형성된 하부 금속배선;상기 반도체 기판 상에 형성되며, 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막;상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, WNx막과 W-N-B 삼성분계막 및 Ta-N-B 삼성분계막이 차례로 적층된 구조를 포함하는 확산방지막;상기 확산방지막 상에 형성된 웨팅막; 및상기 웨팅막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 상부 금속배선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.
- 반도체 기판의 상부에 하부 금속배선을 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막을 형성하는 단계;상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 WNx막을 형성하는 단계;상기 WNx막 내에 보론을 침투시켜 W-N-B 삼성분계막을 형성하는 단계;상기 W-N-B 삼성분계막 상에 Ti막 또는 TiN막으로 웨팅막을 형성하는 단계;상기 W-N-B 삼성분계막의 보론 및 질소를 상기 웨팅막 내로 침투시켜 상기 웨팅막 하부에 Ti-N-B 삼성분계막을 형성하여, 상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 WNx막과 W-N-B 삼성분계막 및 Ti-N-B 삼성분계막이 차례로 적층된 구조를 포함하는 확산방지막을 형성하는 단계; 및상기 확산방지막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 상부 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 하부 금속배선은 구리막을 포함하고, 상기 상부 금속배선은 알루미늄막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 WNx막의 x의 값은 0.3∼3.0의 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 WNx막은 PVD, CVD 및 ALD 중 어느 하나의 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 WNx막은 30∼500Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 WNx막 내에 보론을 침투시켜 W-N-B 삼성분계막을 형성하는 단계는, 보론 계열의 기체를 이용한 열 처리 또는 플라즈마 처리 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 보론 계열의 기체는 B2H6를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 확산방지막에의 W-N-B 삼성분계막은 상기 WNx막 두께의 10∼100%의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 WNx막은 질소 리치(Rich)한 막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 웨팅막은 PVD, CVD 및 ALD 중 어느 하나의 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 웨팅막은 100∼500Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 W-N-B 삼성분계막의 보론 및 질소를 상기 웨팅막 내로 침투시켜 상기 웨팅막 하부에 Ti-N-B 삼성분계막을 형성하는 단계는, 상기 확산방지막에서의 W-N-B 삼성분계막을 열 처리하는 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 확산방지막에서의 Ti-N-B 삼성분계막은 상기 웨팅막 두께의 10∼50%의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
- 반도체 기판의 상부에 하부 금속배선을 형성하는 단계;상기 반도체 기판 상에 상기 하부 금속배선의 적어도 일부를 노출시키는 배선 형성 영역을 갖는 절연막을 형성하는 단계;상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 WNx막을 형성하는 단계;상기 WNx막 내에 보론을 침투시켜 W-N-B 삼성분계막을 형성하는 단계;상기 W-N-B 삼성분계막 상에 Ta막 또는 TaN막으로 웨팅막을 형성하는 단계;상기 W-N-B 삼성분계막의 보론 및 질소를 상기 웨팅막 내로 침투시켜 상기 웨팅막 하부에 Ta-N-B 삼성분계막을 형성하여, 상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 WNx막과 W-N-B 삼성분계막 및 Ta-N-B 삼성분계막이 차례로 적층된 구조를 포함하는 확산방지막을 형성하는 단계; 및상기 확산방지막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 상부 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.
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