KR19990074940A - 측벽에 불소 차단막을 갖는 금속 배선 형성 방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄과 불소의 반응을 방지하기 위한 불소 차단막을 측벽에 형성하는 금속 배선 형성 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에서는 반도체 기판상에 제1 배리어막, 금속막 및 제2 배리어막을 차례로 형성한다. 상기 제1 배리어막, 금속막 및 제2 배리어막을 상부로부터 차례로 식각하여 배선층 패턴을 형성한다. 상기 배선층 패턴의 측벽에 불소 차단막을 형성한다. 상기 결과물을 SiOF막으로 덮는다.

Description

측벽에 불소 차단막을 갖는 금속 배선 형성 방법

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄과 불소의 반응을 방지하기 위한 불소 차단막을 측벽에 형성하는 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라서 트랜지스터의 스위칭 속도는 증가하지만, 금속 배선간의 간격이 좁아져서 배선 지연(RC delay)에 의하여 소자의 동작 속도가 감소하는 문제점이 나타나고 있다. 특히. 0.25μm 이하의 공정에서는 배선에 의한 지연의 효과가 크게 증가하여 배선 전극의 저항과 배선 용량을 낮추기 위하여 새로운 재료를 적용하는 기술이 도입되고 있다.

배선 전극에 대하여는 기존의 알루미늄에서 구리, 금, 은 등의 물질로 대체하는 연구가 진행되고 있고, 그 중 구리가 가장 유력한 재료로 주목을 받고 있다.

또한, 배선 용량을 줄이는 방법으로서, 배선 전극간의 금속 층간 절연막(IMD: Inter Metal Dielectric)으로는 기존에 사용되던 SiO₂를 대체하여 유전율이 더 낮은 막으로서 불소로 도핑된 실리콘 산화막, 즉 SiOF(k = ∼3.5)와 같은 신재료가 사용되는 것이 연구되고 있다.

그런데, SiOF막을 금속 층간 절연막으로서 사용하는 경우에 가장 큰 문제점은 SiOF막 내의 불소의 확산에 의하여 금속 배선층의 금속이 부식되는 것이다. 예를 들면, 금속 배선층을 알루미늄을 사용하여 종래의 방법에 의하여 형성한 경우에 알루미늄 배선층의 상하에는 TiN 배리어 금속막이 존재하지만 알루미늄 배선층의 측벽은 건식 식각에 의하여 알루미늄이 노출된 상태로 된다. 이 때, 금속 층간 절연막을 SiOF막으로 형성하면 알루미늄 배선층의 측벽에서 불소의 확산에 의하여 알루미늄과 불소가 반응하여 AlF₃를 형성함으로써 알루미늄의 부식이 유발된다.

본 발명의 목적은 SiOF로 금속 층간 절연막을 형성할 때 금속 배선층의 금속과 불소가 반응하는 것을 억제하여 금속의 부식을 방지할 수 있는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속 배선 형성 방법에서는 반도체 기판상에 제1 배리어막, 금속막 및 제2 배리어막을 차례로 형성한다. 상기 제1 배리어막, 금속막 및 제2 배리어막을 상부로부터 차례로 식각하여 배선층 패턴을 형성한다. 상기 배선층 패턴의 측벽에 불소 차단막을 형성한다. 상기 결과물을 SiOF막으로 덮는다.

상기 제1 배리어막 및 제2 배리어막은 TiN막이다.

상기 금속막은 알루미늄으로 형성된다.

상기 불소 차단막을 형성하는 단계에서는, 먼저 상기 배선층 패턴이 형성된 결과물 전면에 단차 도포성이 우수하고 불소 차단 효과가 있는 제1 물질층을 형성한다. 그 후, 상기 제1 물질층을 건식 식각에 의하여 스페이서 식각하여 상기 배선층 패턴의 측벽에 불소 차단막을 형성한다.

상기 제1 물질층은 TiN막, W막, WN막 또는 TaN막으로 이루어지고, HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition), PE-CVD(Plasma Enhanced CVD), MOCVD(Metal OrganicCVD) 또는 ALD(AtomicLayer Deposition) 방법에 의하여 형성된다.

본 발명에 의하면, SiOF로 금속 층간 절연막을 형성할 때 금속 배선층의 측벽에 우수한 단차 도포성을 가지는 CVD TiN막으로 불소 차단막을 형성하여 금속 배선층의 금속과 불소가 반응하는 것을 억제함으로써 금속의 부식을 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 상부에 산화막으로 이루어지는 층간 절연막(12) 또는 금속 층간 절연막이 형성된 반도체 기판(10)상에 제1 배리어막(22), 배선 형성을 위한 금속막(24) 및 제2 배리어막(26)을 차례로 형성한다. 상기 제1 배리어막(22) 및 제2 배리어막(26)은 스퍼터링 방법 또는 CVD 방법에 의하여 형성된 TiN막으로 형성될 수 있다. 본 예에서는 상기 금속막(24)으로서 알루미늄막을 형성한다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 배리어막(22), 배선 형성을 위한 금속막(24) 및 제2 배리어막(26)을 상부로부터 차례로 식각하여, 금속막 패턴(24a)과 이 금속막 패턴(24a)의 하부 및 상부를 각각 덮는 제1 배리어막 패턴(22a) 및 제2 배리어막 패턴(26a)으로 이루어지는 배선층 패턴(30)을 형성한다.

도 3을 참조하면, 상기 배선층 패턴(30)이 형성된 결과물 전면에 단차 도포성이 우수한 배리어막으로서 CVD방법에 의하여 형성된 TiN막(이하, 단지 "CVD TiN막"이라 함)(40)을 형성한다. 상기 CVD TiN막(40)을 형성하기 위하여 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition), PE-CVD(Plasma Enhanced CVD), MOCVD(Metal OrganicCVD) 또는 ALD(AtomicLayer Deposition) 방법을 이용할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 CVD TiN막(40)을 건식 식각 방법에 의하여 스페이서 식각하여 상기 층간 절연막(12)의 상면 및 상기 제2 배리어막 패턴(26a)의 상면에 있는 CVD TiN막(40)을 제거하는 동시에 상기 배선층 패턴(30)의 측벽에 CVD TiN으 로 이루어지는 불소 차단막(40a)을 형성하여 금속 배선층(50), 본 예에서는 알루미늄 배선층을 형성한다.

상기 예에서는 상기 불소 차단막(40a)을 형성하기 위하여 상기 배선층 패턴(30)이 형성된 결과물 전면에 CVD TiN막(40)을 형성하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 CVD TiN막(40) 대신 단차 도포성이 우수한 다른 막, 예를 들면 W막, WN막, TaN막 등을 형성할 수도 있다.

도 5를 참조하면, 상기 금속 배선층(50)이 형성된 결과물상에 상기 각 금속 배선층(50) 사이의 갭이 채워지도록 SiOF막을 덮어서 금속 층간 절연막(60)을 형성한다. 상기 금속 층간 절연막(60)은 상기와 같이 SiOF만을 사용하여 형성하는 방법 외에 다른 방법으로서 SiOF 및 SiO₂의 조합에 의하여 형성할 수도 있다.

이 때, 하부 및 상부가 각각 제1 배리어막 패턴(22a) 및 제2 배리어막 패턴(26a)으로 덮인 상기 배선층 패턴(30)의 측벽에는 불소 차단막(40a)이 형성되어 있으므로, 상기 금속 층간 절연막(60)으로부터 불소가 상기 배선층(50) 내로 확산되는 것이 방지된다. 따라서, 배선층(50)의 금속이 부식되는 것을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 SiOF로 금속 층간 절연막을 형성할 때, 불소가 TiN막을 침투할 수 없는 특성을 이용하여 금속 배선층의 측벽에 우수한 단차 도포성을 가지는 CVD TiN막으로 불소 차단막을 형성하여 금속 배선층의 금속과 불소가 반응하는 것을 억제함으로써 금속의 부식을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (7)

1. 반도체 기판상에 제1 배리어막, 금속막 및 제2 배리어막을 차례로 형성하는 단계와,

   상기 제1 배리어막, 금속막 및 제2 배리어막을 상부로부터 차례로 식각하여 배선층 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 배선층 패턴의 측벽에 불소 차단막을 형성하는 단계와,

   상기 결과물을 SiOF막으로 덮는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 배리어막은 TiN막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 배리어막은 TiN막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 금속막은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 불소 차단막을 형성하는 단계는

   상기 배선층 패턴이 형성된 결과물 전면에 단차 도포성이 우수하고 불소 차단 효과가 있는 제1 물질층을 형성하는 단계와,

   상기 제1 물질층을 건식 식각에 의하여 스페이서 식각하여 상기 배선층 패턴의 측벽에 불소 차단막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 물질층은 TiN막, W막, WN막 또는 TaN막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 제1 물질층은 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition), PE-CVD(Plasma Enhanced CVD), MOCVD(Metal OrganicCVD) 또는 ALD(AtomicLayer Deposition) 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법.