KR19990058667A - Pattern Method of Next Generation Semiconductor Copper Wiring - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 있어서, 컨택트홀 또는 비아홀이 형성된 패턴상에 구리 박막을 증착한 후, 10-1torr 이하의 진공분위기에서 350∼500℃에서 10∼200sccm으로 산소가스를 공급하여 10∼30분동안 열처리시켜 상기 구리 박막을 리플로우시키는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 저온의 진공분위기에서 미량의 산소를 첨가시켜 단순한 열처리에 의해 1 기가급 이상의 배선의 컨택트홀 또는 비아홀을 완벽하게 매립시킬 수 있다.The present invention relates to a method of patterning a next-generation semiconductor copper wiring, and more particularly, in the method of patterning a next-generation semiconductor copper wiring, after depositing a copper thin film on a pattern on which a contact hole or a via hole is formed, 10 -1 The present invention relates to a patterning method for a next-generation semiconductor copper wiring for reflowing the copper thin film by supplying oxygen gas at 350 to 500 ° C. at 10 to 200 sccm in a vacuum atmosphere of less than torr, and performing heat treatment for 10 to 30 minutes. In the method of the present invention, a small amount of oxygen is added in a low temperature vacuum atmosphere to completely fill contact holes or via holes of one or more gigabytes of wiring by simple heat treatment.

Description

차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법Pattern Method of Next Generation Semiconductor Copper Wiring

본 발명은 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 구리 박막의 리플로우(Reflow) 공정을 이용하여 1 기가급 이상의 차세대 반도체용 구리배선을 완벽하게 패턴시킬 수 있는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of patterning a next-generation semiconductor copper wiring, and more particularly, a next-generation semiconductor capable of seamlessly patterning one or more gigabytes of next-generation semiconductor copper wiring using a reflow process of a copper thin film. The pattern method of the copper wiring for this invention is related.

최근의 반도체 소자개발은 집적도를 증가시키기 위한 방안으로 칩 면적을 증가시키고 기존의 회로를 축소시키는 방법등으로 고집적도를 증가시키고 있기 때문에 이로 인한 소자내의 금속배선의 길이는 증가하고 그에 반해 금속배선의 선폭과 두께 감소에 따른 신호지연시간의 증가와 단위면적당 전류밀도의 증가로 인한 전기적 신뢰성에 큰 문제를 야기시키고 있다.Recent developments in semiconductor devices have increased the integration density by increasing the chip area and shrinking the existing circuits as a way to increase the degree of integration. As a result, the length of the metal wiring in the device increases and Increasing signal delay time due to the decrease of line width and thickness, and the increase of current density per unit area causes significant electrical reliability.

지금까지 고집적 반도체 소자의 배선재료로 알루미늄 합금이 사용되고 있는데, 회로가 1 기가급 이상의 초고집적화 되어감에 따라 신호지연에 의한 동작속도의 감소 및 전기적 이동현상에 의한 배선의 파괴문제가 야기되어 알루미늄함금을 대신할 수 있는 차세대 배선재료를 필요로 하고 있다.Until now, aluminum alloys have been used as wiring materials for highly integrated semiconductor devices.As the circuit becomes ultra-high density of more than 1 giga-class, aluminum alloys are caused due to the reduction of operation speed due to signal delay and the destruction of wiring due to electrical movement. There is a need for a next-generation wiring material that can replace.

한편, 구리는 알루미늄 합금에 비하여 비저항(1.67μΩ·㎝)이 낮고 전기적 이동현상에 대한 저항성이 우수하여 금속 박막의 단면적이 감소하여도 소자의 동작속도 및 신뢰성을 유지할 수 있을 뿐만아니라 스퍼터링 방식 또는 금속유기화학증착법에 의해 박막을 제조할 수 있어서 초고집적 회로의 배선재료로 사용되어질 것이다.On the other hand, copper has a lower specific resistance (1.67μΩ · ㎝) and excellent resistance to electrical movement compared to aluminum alloy, so that the operation speed and reliability of the device can be maintained even if the cross-sectional area of the metal thin film is reduced, and sputtering or metal The thin film can be manufactured by organic chemical vapor deposition, which will be used as a wiring material for ultra-high integrated circuits.

구리 박막이 차세대 배선재료로 알루미늄 합금 박막의 대체용으로 사용된다면 이 금속배선을 가공할 수 있는 패턴방법은 2가지로 분류할 수 있다. 첫째로, 구리 박막을 증착시킨 후에 건식식각 방법을 이용하여 원하는 패턴의 배선을 갖도록 가공하는 방법이다. 그러나 이 방법은 구리 식각에 의해 형성된 화합물들이 매우 낮은 증기압을 가지기 때문에 구리 표면에서 제거되지 않고 그대로 남아있게 된다. 따라서 건식식각에 의해 생성된 화합물들을 제거하기 위해서는 기판의 온도를 200℃이상으로 올려야 하는데, 기존의 감광막으로는 150℃이상에서 물성이 변형되어 정확한 임계치수 제어가 어렵고 감광막이 타버리는 등의 문제점을 수반한다. 둘째로, 도랑 모양의 배선패턴을 미리 미세가공하여 형성하고 구리 박막을 증착시켜 매립한 다음에 표면에 남는 여분의 구리층을 CMP(Chemical Mechenical Polishing) 공정을 사용하여 제거하는 방법이 있다. 이 방법은 도랑 모양의 배선 패턴에 구리를 매립시키는 방법으로 화학증착법을 사용하고 있으나, 0.3㎛이하의 컨택트홀(Contact Hole)이나 비아홀(Via Hole)을 완벽하게 매립시키지 못하는 단점이 있다. 즉, 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같이, 기공등이 존재하여 이들에 의해 전기적 신뢰성이 나쁘게 된다. 따라서, 1 기가급 이상에서 차세대 배선재료로 사용될 구리 박막을 증착한후 금속 배선을 할 수 있는 새로운 패턴 방법이 모색되어야 한다.If a copper thin film is used as a next-generation wiring material to replace an aluminum alloy thin film, there are two types of patterning methods for processing the metal wiring. First, after depositing a copper thin film is a method of processing to have a desired pattern of wiring using a dry etching method. However, this method does not remove from the copper surface and remains as it is because the compounds formed by copper etching have a very low vapor pressure. Therefore, in order to remove the compounds produced by dry etching, the temperature of the substrate should be raised to 200 ° C. or higher. However, the conventional photoresist film may be deformed at 150 ° C. or higher, thus making it difficult to accurately control the critical dimension and burn out the photo film. Entails. Secondly, there is a method of forming a trench-shaped wiring pattern in advance, depositing a copper thin film, and filling it, and then removing the extra copper layer remaining on the surface by using a chemical mechanical polishing (CMP) process. This method uses chemical vapor deposition as a method of embedding copper in a trench pattern, but has a disadvantage in that it does not completely fill a contact hole or a via hole of 0.3 μm or less. That is, as can be seen in Fig. 1B, pores and the like are present, which results in poor electrical reliability. Therefore, a new pattern method for metal wiring after the deposition of a copper thin film to be used as the next-generation wiring material at 1 giga or more should be sought.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 차세대 반도체용 배선재료로 구리 박막을 증착한 다음, 저온의 산소분위기에서 열처리하여 구리 박막을 리플로우시킴으로써 1 기가급 배선의 컨택트홀 또는 비아홀을 구리로 완벽하게 채워지게 한 후, CMP공정으로 차세대 반도체 배선 패턴을 형성하도록 한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, by depositing a copper thin film as the next-generation semiconductor wiring material, and then heat-treated in a low-temperature oxygen atmosphere to reflow the copper thin film to perfect the contact hole or via hole of 1-gigabit wiring with copper After filling, the next generation semiconductor wiring pattern is formed by the CMP process.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 구리 박막의 리플로우 공정을 이용하여 1 기가급 이상의 차세대 반도체용 구리배선을 완벽하게 패턴시킬 수 있는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for patterning a next-generation semiconductor copper wiring that can seamlessly pattern a next-generation semiconductor copper wiring of one or more gigabytes using the above-described copper thin film reflow process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패턴방법은 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 있어서, 컨택트홀 또는 비아홀이 형성된 기판상에 구리 박막을 증착한 후, 10-1torr 이하의 진공분위기에서 350∼500℃에서 10∼200sccm으로 산소가스를 공급하여 10∼30분동안 열처리시켜 상기 구리 박막을 리플로우시키는 것으로 이루어진다.The pattern method of the present invention for achieving the above object in the pattern method of the next-generation copper wiring pattern, after depositing a copper thin film on a substrate on which a contact hole or via hole is formed, 350 ~ in a vacuum atmosphere of 10 -1 torr or less Oxygen gas is supplied at 500 ° C. at 10 to 200 sccm, followed by heat treatment for 10 to 30 minutes to reflow the copper thin film.

도 1은 종래 방법에 의한 차세대 반도체용 구리배선의 패턴의 단면도로서, 도 1a는 배선선폭(a)이 0.15∼0.25㎛이며, 종횡비(aspect ratio, b/a)가 4∼5 정도인 1 기가급 금속배선의 컨택트홀의 단면이고, 도 1b는 구리박막을 증착한 후의 패턴 단면이며, 도 1c는 CMP(Chemical Mechenical Polishing) 공정을 마친 패턴의 단면이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a pattern of a next-generation semiconductor copper wiring by a conventional method, and FIG. 1A shows a wiring line width (a) of 0.15 to 0.25 µm and an aspect ratio (b / a) of about 4 to 5. 1B is a cross-sectional view of a pattern hole after depositing a copper thin film, and FIG. 1C is a cross-sectional view of a pattern after a chemical mechanical polishing (CMP) process.

도 2는 본 발명의 방법에 의해 구리 박막을 매립시키기 전·후의 패턴의 단면도로서, 도 2a는 구리 박막을 증착한 후의 패턴의 단면사진이고, 도 2b는 구리 박막을 리플로우시킨 후의 패턴의 단면사진이다.Figure 2 is a cross-sectional view of the pattern before and after embedding the copper thin film by the method of the present invention, Figure 2a is a cross-sectional photograph of the pattern after depositing the copper thin film, Figure 2b is a cross-sectional view of the pattern after reflowing the copper thin film It is a photograph.

도 3은 본 발명에 의한 차세대 반도체용 배선의 패턴의 단면도로서, 도 3a는 배선선폭(a)이 0.15∼0.25㎛이며, 종횡비(aspect ratio, b/a)가 4∼5 정도인 1 기가급 금속배선의 컨택트홀의 단면이고, 도 3b는 구리박막을 증착한 후의 패턴의 단면도이며, 도 3c는 구리박막을 리플로우시킨 후의 패턴의 단면도이고, 도 3d는 CMP 공정을 마친 패턴의 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of a pattern of a next-generation semiconductor wiring according to the present invention, and FIG. 3A shows a wiring line width (a) of 0.15 to 0.25 µm and an aspect ratio (b / a) of about 1 to about 1 giga class. 3B is a cross-sectional view of a pattern after depositing a copper thin film, FIG. 3C is a cross-sectional view of a pattern after reflowing a copper thin film, and FIG. 3D is a cross-sectional view of a pattern after a CMP process.

도 4는 1 기가급 라인 & 스페이스 패턴에서 본 발명의 실시예 1에 따른 구리 리플로우 방법에 의해 매립시킨 후의 패턴의 단면도로서, 도 4a는 1 기가급 L/S 패턴의 단면도이고, 도 4b는 400℃에서 구리 박막을 리플로우시킨 후의 패턴의 단면사진이고, 도 4c는 450℃에서 구리 박막을 리플로우시킨 후의 패턴의 단면사진이다.4 is a cross-sectional view of the pattern after the embedding by the copper reflow method according to the first embodiment of the present invention in a one-gigabit line & space pattern, Figure 4a is a cross-sectional view of a one-gigabit L / S pattern, Figure 4b It is a cross-sectional photograph of the pattern after reflowing a copper thin film at 400 degreeC, and FIG. 4C is a cross-sectional photograph of the pattern after reflowing a copper thin film at 450 degreeC.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

1, 10: 구리박막 2, 20: 기공1, 10: copper thin film 2, 20: pores

3, 30: 컨택트홀 40: TiN 확산방지막3, 30: contact hole 40: TiN diffusion barrier

50: Si산화막50: Si oxide film

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

차세대 반도체 배선패턴에서 가장 중요한 공정인 구리 박막의 리플로우 방법은 저온의 진공분위기에서 미량의 산소를 첨가하여 열처리시킴으로써 달성될 수 있는데, 이에 대한 공정의 조건 및 원리는 다음과 같다. 구리 박막을 리플로우시키는 공정조건은 열처리온도는 350 내지 500℃까지, 열처리압력은 10-1torr 이하, O2분압은 10∼200 sccm, 열처리시간은 10∼30분, 승온 및 냉각할 때의 분위기는 수소가스 상태이며, 기판의 재료, 구리 박막의 두께 및 미세구조의 조건등에는 영향을 받지 않는다.The reflow method of the copper thin film, which is the most important process in the next-generation semiconductor wiring pattern, may be achieved by heat treatment by adding a small amount of oxygen in a low temperature vacuum atmosphere. The conditions and principle of the process are as follows. Process conditions for reflowing copper thin film include heat treatment temperature up to 350 ~ 500 ℃, heat treatment pressure below 10 -1 torr, O 2 partial pressure from 10 to 200 sccm, heat treatment time from 10 to 30 minutes, heating and cooling The atmosphere is in a hydrogen gas state and is not affected by the material of the substrate, the thickness of the copper thin film, and the conditions of the microstructure.

이와 같은 조건하에서 구리 박막의 표면만이 산화되어 순간적인 고온의 발열량이 발생하며, 또한 진공분위기에서 구리원자의 표면확산이 증진되어 표면에너지를 감소시키기 위하여 구리 박막의 유동성이 증진되어 리플로우가 일어난다. 이 공정에서 주의하여야 할 점은 구리 박막의 표면산화 정도를 줄이기 위하여 350 내지 500℃의 저온 및 10-1torr 이하의 진공분위기에서 10 내지 200sccm의 미량의 산소를 첨가시켜 10∼30분 이내로 열처리를 하여야 한다. 이때, 상기 온도가 500℃를 초과하거나 산소분압이 200sccm를 초가하면 구리의 과산화에 의해 구리의 리플로우된 표면산화막이 균일한 두께로 형성되지 못하고 응집되는 경향이 있다. 위와 같은 공정으로 진행시켰을 경우에는 구리의 표면산화막이 300Å 두께 이하로 존재하며 최종적인 패턴을 형성하기 위한 후속공정인 CMP(Chemical Mechenical Polishing) 공정에 의해 표면에 산화된 산화물층의 제거가 가능하다.Under these conditions, only the surface of the copper thin film is oxidized to generate instantaneous high-temperature calorific value. Also, in the vacuum atmosphere, the surface diffusion of copper atoms is enhanced to increase the fluidity of the copper thin film to reduce the surface energy, thereby causing reflow. . In this process, care should be taken in order to reduce the surface oxidation of the copper thin film by adding a small amount of oxygen in a range of 10 to 200 sccm in a low temperature of 350 to 500 ° C. and a vacuum atmosphere of 10 −1 torr or less, and performing heat treatment within 10 to 30 minutes. shall. At this time, when the temperature exceeds 500 ° C. or the oxygen partial pressure exceeds 200 sccm, the reflowed surface oxide film of copper may not be formed to a uniform thickness and aggregate by copper peroxidation. When the above process is carried out, the surface oxide film of copper is less than 300Å thickness and the oxide layer oxidized on the surface can be removed by a CMP (Chemical Mechenical Polishing) process which is a subsequent process for forming a final pattern.

본 발명에 따른 구리 리플로우 방법에 의해 컨택트홀(30)을 매립시킨 후의 패턴 단면을 도 2에 도시하였다. 도 2a은 구리 박막(10)을 증착한 후의 패턴 단면이며, 도 2b는 구리 박막(10)을 리플로우시킨후에 패턴을 완벽하에 매립하는 형상을 보여주는 단면이다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 컨택트홀(30) 패턴을 리플로우 공정으로 구리로 완벽하게 매립할 수 있음을 확인할 수 있다.The pattern cross section after the contact hole 30 is embedded by the copper reflow method which concerns on this invention is shown in FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view of the pattern after the copper thin film 10 is deposited, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing the shape of completely filling the pattern after the reflow of the copper thin film 10. As can be seen in Figure 2, it can be seen that the contact hole 30 pattern can be completely filled with copper in a reflow process.

본 발명의 리플로우 공정의 가장 중요한 성질은 골이 깊은 패턴일수록 구리 박막의 리플로우가 우선적으로 발생하여 컨택트홀 또는 비아홀을 구리로 완벽하게 매립시킬 수 있는 점이다. 이와같은 본 발명의 구리 리플로우 방법은 1 기가급 이상의 초고집적 배선의 패턴을 완벽하게 구리로 매립시킬 수 있으며, 저온공정 및 단순한 열처리에 의하여 비용절감 및 수율이 높은 장점 등을 갖는다.The most important property of the reflow process of the present invention is that the deeper the pattern, the preferentially the reflow of the copper thin film so that the contact hole or the via hole can be completely filled with copper. Such a copper reflow method of the present invention can be completely embedded in the copper pattern of the ultra-high density wiring of 1 or more gigabytes, and has advantages such as low cost and high yield by low temperature process and simple heat treatment.

본 발명의 구리 박막의 리플로우 방법을 사용한 차세대 반도체용 구리배선의 패턴 방법에 대한 공정의 구성을 도 3에 개략적으로 도시하였다. 도 3a는 1 기가급 차세대 반도체 소자에서 요구되는 컨택트홀의 단면도이고, 도 3b는 화학증착법이나 스퍼터링 방법에 의해 증착된 구리 박막층의 부분적인 매립을 나타내는 컨택트홀의 단면도이다. 상기 도 1에서 설명한 바와 같이, 1 기가급 배선 패턴에서는 지금의 증착기술로는 반드시 패턴내에 기공이 존재하게 되며 이 기공은 전기적 성질을 열화시켜 신뢰도를 떨어뜨린다. 따라서 이같은 기공을 제거하기 이해서 구리 박막의 리플로우 방법을 필요로 한다. 본 발명인 구리 박막의 리플로우 방법을 사용하면 도 2에서 관찰한 바와 같이 배선 패턴을 완벽하게 매립시킨다. 이에 대한 단면은 도 3c에 도시하였으며, 이 공정을 도입함으로써 차세대 배선재료의 패턴을 실현화시킬 수 있다. 마지막으로 도 3d에 도시된 바와 같이, CMP 공정을 후속공정으로 진행시킴으로써 구리 배선의 평탄화 및 구리 박막의 표면 산화층을 제거시킬 수 있다.The configuration of the process for the pattern method of the next-generation semiconductor copper wiring using the reflow method of the copper thin film of the present invention is schematically shown in FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view of a contact hole required for a next-generation next-generation semiconductor device, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a contact hole showing partial embedding of a copper thin film layer deposited by a chemical vapor deposition method or a sputtering method. As described above with reference to FIG. 1, in the one-gigabit wiring pattern, pores are necessarily present in the pattern by the current deposition technique, and the pores deteriorate electrical properties and thereby lower reliability. Therefore, in order to remove such pores, a copper thin film reflow method is required. Using the reflow method of the copper thin film of the present invention completely fills the wiring pattern as observed in FIG. 2. The cross section for this is shown in Fig. 3C. By introducing this process, the pattern of the next generation wiring material can be realized. Finally, as shown in FIG. 3D, the CMP process may be performed in a subsequent process to planarize the copper wiring and to remove the surface oxide layer of the copper thin film.

따라서, 1 기가급 이상의 초고집적 소자에서 필수적으로 사용될 차세대 반도체용 배선재료에 대한 배선 패턴을 완벽하게 형성할 수 있다.Therefore, it is possible to form a wiring pattern for the next-generation semiconductor wiring material to be used essentially in the ultra-high integration device of one or more gigabytes.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

Si 산화막(50)상에 도 4a와 같은 라인 & 스페이스(Line & Space) 및 홀 패턴을 형성시켰다. 먼저, Si웨이퍼상에 기상화학증착법(CVD)으로 SiO2를 증착한 후, 사진식각공정을 통하여 패턴을 형성시키고, 그 위에 스퍼터링법으로 접착층(glue layer)으로 Ti(500Å)와 확산방지막으로 TiN(1500Å)을 증착하였다. 패턴된 TiN/Ti/SiO2/Si웨이퍼상에 MOCVD(Metal organic chemical vapor deposition)법으로 증착온도 180℃ 및 0.5 Torr로 유지되는 CVD 반응기에서 1500Å의 두께로 증착하였다. 증착된 구리박막을 400℃ 및 450℃의 열처리 온도, 50sccm의 산소기체 및 10-1∼10-3Torr의 진공도에서 30분간 열처리하였다. 승온속도는 8℃/분으로, 냉각속도는 약 4℃/분으로 일정하게 유지하였다. 주사전자현미경을 이용하여 L/S 및 홀 패턴의 절단면과 구리표면의 모폴로지를 관찰하였으며, 그 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4는 1 기가급 라인 & 스페이스(Line & Space) 패턴에서 본 발명의 구리 리플로우 방법에 의한 구리를 매립시킨 후의 패턴 단면이다. 도 4a는 1 기가급에서의 L/S 패턴으로써 선폭은 0.2㎛이며, 종횡비(aspect ratio)가 4인 골이 깊은 도랑을 나타내고 있다. 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 따른 구리 리플로우 방법에 의해 400℃ 및 450℃의 저온에서 1 기가급 패턴을 구리로 완벽하게 매립할 수 있음을 보여주는 단면사진들이다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 1 기가급 이상의 차세대 반도체의 패턴을 완벽하게 매립시킬 수 있다.Line and space and hole patterns as shown in FIG. 4A were formed on the Si oxide film 50. First, SiO 2 is deposited on the Si wafer by vapor phase chemical vapor deposition (CVD), and then a pattern is formed through a photolithography process, and Ti (500 Å) as a glue layer and TiN as a diffusion barrier are formed thereon by a sputtering method. (1500 Pa) was deposited. It was deposited on the patterned TiN / Ti / SiO 2 / Si wafer in a CVD reactor maintained at a deposition temperature of 180 ° C. and 0.5 Torr by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). The deposited copper thin film was heat-treated for 30 minutes at 400 ° C. and 450 ° C. heat treatment temperature, 50 sccm of oxygen gas, and a vacuum degree of 10 −1 to 10 −3 Torr. The temperature increase rate was 8 ° C / min, the cooling rate was kept constant at about 4 ° C / min. The scanning electron microscope was used to observe the morphology of the cut surface and the copper surface of the L / S and hole patterns, and the results are shown in FIG. 4. 4 is a cross-sectional view of a pattern after embedding copper by the copper reflow method of the present invention in a 1-giga-line Line & Space pattern. Fig. 4A is a L / S pattern at 1 giga class, and shows a deep groove with a line width of 0.2 占 퐉 and an aspect ratio of 4. 4B and 4C are cross-sectional photographs showing that the 1 Giga-class pattern can be completely filled with copper at a low temperature of 400 ° C. and 450 ° C. by the copper reflow method according to the present invention. As can be seen from Figure 4, the method according to the present invention can completely fill the pattern of the next generation semiconductor of more than 1 gigabyte.

전술한 바와 같이, 본 발명에 방법에 따른 1 기가급 이상의 차세대 반도체용 배선재료로 사용될 구리 박막을 패턴하는데 사용될 구리 박막의 리플로우 공정은 단순한 열처리에 의해 비용절감 및 수율이 높으며, 저온의 진공분위기에서 미량의 산소가 존재하는 공정조건만을 만족시키면 증착방법, 확산방지막의 종류, 구리 박막의 두께 및 미세구조 등의 조건에 구애받지 않고 구리를 완벽하게 매립시킬 수 있는 범용성 있는 반도체 공정이다. 또한 금속 배선의 패턴이 골이 깊을수록 패턴을 완벽하게 매립시키기가 용이하여 더욱 저온에서 열처리를 할 수 있는 이점을 갖는다. 따라서 이와같은 구리 박막의 리플로우 공정을 이용하여 1 기가급 이상의 차세대 배선재료를 완벽하게 패턴할 수 있으므로, 1 기가 DRAM급 이상의 반도체 소자를 개발하는데 크게 기여할 것으로 사료된다.As described above, the reflow process of the copper thin film to be used for patterning the copper thin film to be used as the wiring material for next generation semiconductors of one or more gigabytes according to the method of the present invention has a high cost reduction and high yield by simple heat treatment, and a low temperature vacuum atmosphere. It is a general-purpose semiconductor process that can completely fill copper regardless of the deposition method, the type of diffusion barrier film, the thickness and microstructure of the copper thin film if the process conditions in which trace amount of oxygen is present are satisfied. In addition, the deeper the pattern of the metal wiring, the easier it is to completely fill the pattern has the advantage that can be heat-treated at a lower temperature. Therefore, since the copper thin film reflow process can be used to seamlessly pattern the next generation wiring material of 1G or more, it is considered that 1G will contribute greatly to the development of semiconductor devices of DRAM or more.

Claims (3)

차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법에 있어서, 컨택트홀 또는 비아홀이 형성된 기판상에 구리 박막을 증착한 후, 10-1torr 이하의 진공분위기에서 350∼500℃에서 10∼200sccm으로 산소가스를 공급하여 10∼30분동안 열처리시켜 상기 구리 박막을 리플로우시키는 것을 특징으로 하는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법.In the method of patterning the next generation copper interconnection, after depositing a thin copper film on a substrate on which a contact hole or a via hole is formed, oxygen gas is supplied at 10 to 200 sccm at 350 to 500 ° C. in a vacuum atmosphere of 10 to 1 torr or less. The patterning method of next-generation semiconductor copper wiring, characterized in that the copper thin film is reflowed by heat treatment for 10 to 30 minutes. 제 1항에 있어서, 상기 방법이 구리 박막을 리플로우시킨 다음, CMP (Chemical Mechenical Polishing) 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법.The method of claim 1, wherein the method further comprises a chemical mechanical polishing (CMP) process after reflowing the copper thin film. 제 1항에 있어서, 상기 구리 박막의 증착방법이 화학증착법 또는 스퍼터링 방법임을 것을 특징으로 하는 차세대 반도체용 구리배선의 패턴방법.The method of claim 1, wherein the deposition method of the copper thin film is a chemical vapor deposition method or a sputtering method.
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