KR20000027291A - 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 알루미늄(Al)을 사용하여 대머신(damascene) 방식으로 금속 배선을 형성할 때, 화학적 기계 연마(CMP) 공정 후의 후-세정(post-cleaning)시 부식(corrosion)으로 인해 알루미늄 금속 배선의 신뢰성이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 알루미늄층을 화학적 기계 연마 공정으로 연마한 후 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등의 금속을 증착하고 열처리를 통하여 알루미늄 금속 배선의 상부에 화학물질에 내성이 강하며 안정된 알루미늄 화합물(TiAl3, AlWx, AlCux)층을 형성한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄(Al)을 사용하여 대머신(damascene) 방식으로 금속 배선을 형성할 때, 화학적 기계 연마(CMP) 공정 후의 후-세정(post-cleaning)시 부식(corrosion)으로 인해 알루미늄 금속 배선의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자가 고집적화 및 소형화 되어감에 따라 금속 배선은 다층 구조로 형성되고, 금속 배선의 폭과 선간 간격이 줄어들고 있다. 절연막을 형성하고, 절연막 표면상에 금속층 증착 및 패터닝 공정으로 금속 배선을 형성하는 방법으로는 미세 금속 배선을 정확히 정의(define)하기가 어려워 대머신 방식으로 금속 배선을 형성하는 방법에 관한 연구가 진행되고 있다. 대머신 방식에 의한 금속 배선 형성법은 주로 구리(Cu)나 텅스텐(W)의 경우에 적용하고 있다.
종래의 대머신 방식에 의한 알루미늄 금속 배선 형성법에서는 알루미늄(Al)의 기계적 강도가 약하여 화학적 기계 연마 공정시 알루미늄층이 쉽게 손상(damage)을 받고, 이로 인해 화학적 기계 연마 공정 후의 후-세정시 알루미늄 금속 배선에 부식이 자주 발생하여, 결과적으로 금속 배선 공정을 불안정하게 한다. 또한 후-세정 후에 절연물을 증착하고, 후속 공정을 진행할 시, 손상을 받은 금속층으로 인해 금속 배선의 신뢰도를 저하시키는 결과를 초래한다. 이러한 문제로 인하여 알루미늄 대머신은 텅스텐이나 구리 대머신 공정 개발에 비해 그 진척도가 낮아 적용에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 알루미늄(Al)을 사용하여 대머신 방식으로 금속 배선을 형성할 때, 화학적 기계 연마 공정 후의 후-세정시 부식으로 인해 알루미늄 금속 배선의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속 배선 형성 방법은 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판 상에 절연막을 형성한 후, 상기 절연막의 표면 부분에 트랜치를 형성하는 단계; 상기 트랜치를 포함한 절연막 상에 알루미늄층을 형성하여 상기 트랜치 내부를 완전히 매립하는 단계; 상기 절연막의 표면이 노출되는 시점까지 화학적 기계 연막 공정을 실시하여 상기 알루미늄층을 연마하여 상기 트랜치 내부에만 알루미늄층을 남기는 단계; 상기 트랜치 내에 남아 있는 알루미늄층을 포함한 절연막 상에 반응성 금속층을 형성하는 단계; 및 열처리를 통하여 상기 트랜치 내의 알루미늄층 표면에 알루미늄 화합물층을 형성하고, 상기 절연막 상에서 반응되지 않고 남아 있는 반응성 금속층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 기판 12: 절연막
13: 트랜치 14: 알루미늄층
15: 반응성 금속층 15a: 알루미늄 화합물층
145: 알루미늄 금속 배선
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소 예를 들어, 트랜지스터, 캐패시터, 하부 금속 배선 등이 형성된 구조의 기판(11)상에 절연막(12)을 형성한다. 금속 배선용 마스크를 사용한 절연막(12) 식각 공정으로 절연막(12)의 표면 부분에 트랜치(13)를 형성한다. 트랜치(13)를 포함한 절연막(12)상에 알루미늄층(14)을 형성하여 트랜치(13) 내부를 완전히 매립한다.
도 1b를 참조하면, 절연막(13)의 표면이 노출되는 시점까지 화학적 기계 연막 공정을 실시하여 알루미늄층(14)을 연마하여 트랜치(13) 내부에만 알루미늄층(14)이 남아 있도록 한다. 이때, 알루미늄층(14)의 표면은 화학적 기계 연마 공정에 의해 손상을 받게 된다.
도 1c를 참조하면, 트랜치(13) 내에 남아 있는 알루미늄층(14)을 포함한 절연막(12) 상부에 반응성 금속층(15)을 형성한다.
상기에서, 반응성 금속층(15)은 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등의 금속을 증착 하여 형성된다.
도 1d를 참조하면, 300℃ 이상의 온도에서 열처리를 통하여 알루미늄층(14)의 알루미늄 이온과 반응성 금속층(15)의 금속 이온이 반응되어 알루미늄 화합물층(15a)이 알루미늄층(14)의 표면에 형성된다.
상기에서, 반응성 금속층(15)이 티타늄(Ti)으로 형성된 경우 알루미늄 화합물층(15a)은 TiAl3이 되고, 텅스텐(W)으로 형성된 경우 알루미늄 화합물층(15a)은 AlWx이 되고, 구리(Cu)로 형성된 경우 알루미늄 화합물층(15a)은 AlCux이 된다. 이와 같이 알루미늄 화합물층(15a)을 형성하므로, 화학적 기계 연마 공정으로 손상된 알루미늄층(14) 표면의 손상이 보상되며, 알루미늄층(14)의 부식이 방지된다.
도 1e를 참조하면, 절연막(12)상의 반응되지 않고 남아 있는 반응성 금속층(15)을 제거하여 알루미늄층(14)과 알루미늄 화합물층(15a)으로 된 알루미늄 금속 배선(145)이 트랜치(13) 내에 형성된다.
상기에서, 반응성 금속층(15) 제거 공정은 화학적 기계 연마법을 적용하거나, 습식 또는 건식의 화학적 에치-백(chemically etch-back)법을 적용한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 알루미늄층을 화학적 기계 연마 공정으로 연마한 후 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등의 금속을 증착하고 열처리를 통하여 알루미늄 금속 배선의 상부에 화학물질에 내성이 강하며 안정된 알루미늄 화합물(TiAl3, AlWx, AlCux)층을 형성하므로써, 알루미늄을 사용하여 대머신 방식으로 금속 배선을 형성할 때, 화학적 기계 연마 공정 후의 후-세정시 부식으로 인해 알루미늄 금속 배선의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
Claims (2)
- 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판 상에 절연막을 형성한 후, 상기 절연막의 표면 부분에 트랜치를 형성하는 단계;상기 트랜치를 포함한 절연막 상에 알루미늄층을 형성하여 상기 트랜치 내부를 완전히 매립하는 단계;상기 절연막의 표면이 노출되는 시점까지 화학적 기계 연막 공정을 실시하여 상기 알루미늄층을 연마하여 상기 트랜치 내부에만 알루미늄층을 남기는 단계;상기 트랜치 내에 남아 있는 알루미늄층을 포함한 절연막 상에 반응성 금속층을 형성하는 단계; 및열처리를 통하여 상기 트랜치 내의 알루미늄층 표면에 알루미늄 화합물층을 형성하고, 상기 절연막 상에서 반응되지 않고 남아 있는 반응성 금속층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응성 금속층은 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 중 어느 하나를 증착 하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.
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| KR100422905B1 (ko) * | 2001-10-31 | 2004-03-16 | 아남반도체 주식회사 | 반도체 소자 제조 방법 |
| KR100519169B1 (ko) * | 2003-05-09 | 2005-10-06 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
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1998
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