KR20000043912A - 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리금속 배선 형성 방법 - Google Patents

반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리금속 배선 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 전기도금법을 이용하여 구리 금속 배선을 형성하기 위해, 제 1 버퍼 챔버와, 수소환원 분위기 열처리가 가능한 제 2 버퍼 챔버와, 제 1 버퍼 챔버와 제 2 버퍼 챔버를 연결해주는 로봇이 장착된 전이 챔버로 구성된 전이 모듈과, 이러한 전이 모듈을 이용하여 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치를 제 1 버퍼 챔버에 연결하고, 구리 전기도금 장치를 제 2 버퍼 챔버에 연결하여 구리 금속 배선 형성 장치를 구성시키므로써, 배리어 금속층 및 구리 시드층을 증착한 후에 전이 모듈을 통해 진공 파괴 없이 전기도금법으로 구리 증착이 가능하며, 구리를 증착한 후에 시간 지연 없이 제 2 챔버에서 수소환원 열처리를 할 수 있는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법에 관하여 기술된다.

Description

반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법
본 발명은 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 전기도금법을 이용한 구리 금속 배선 형성 공정시 배리어 금속층 및 구리 시드층을 증착한 후에 진공 파괴 없이 전기도금법으로 구리 증착이 가능하며, 구리를 증착한 후에 시간 지연 없이 수소환원 열처리를 할 수 있는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.
반도체의 고성능화 추세로 소자의 속도 향상 및 신뢰도 측면에서 관심이 고조되고 있는 구리 배선은 현재 전기도금법을 이용한 구리 증착이 널리 적용되고 있는 추세이다. 전기도금법은 안정하고 깨끗한 구리 시드층(Cu seed layer) 증착이 필수적인 공정으로 되어 있다.
종래의 구리 배선 형성 방법은 물리기상증착(PVD)법을 이용한 챔버 및 화학기상증착(CVD)법을 이용한 챔버로 구성된 장치에서 배리어 금속층(barrier metal layer) 및 구리 시드층을 증착하고, 또한 프리-클리닝(pre-cleaning) 챔버, 증착 챔버, 린스(rinse) 챔버로 구성된 구리 전기도금 장치에서 구리층을 증착하고 있다. 이와 같이 종래에는 두 개의 장치가 따로 구성되어 있어서, 배리어 금속층 및 구리 시드층을 증착한 후에 구리 전기도금 공정을 실시할 때 진공파괴가 불가피하며, 따라서 프리-클리닝 챔버에서 클리닝이 필요하다. 또한, 전기도금으로 구리층을 증착한 후에 수소환원 분위기에서 열처리 할 때 진공파괴가 불가피하여 반도체 공장 라인에서 구리의 오염 가능성이 증대된다.
따라서, 본 발명은 전기도금법을 이용한 구리 금속 배선 형성 공정시 배리어 금속층 및 구리 시드층을 증착한 후에 진공 파괴 없이 전기도금법으로 구리 증착이 가능하며, 구리를 증착한 후에 시간 지연 없이 수소환원 열처리를 할 수 있는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치 및 이를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치는 웨이퍼를 투입하는 로드 록이 구비된 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치와, 웨이퍼를 방출하는 언로드 록이 구비된 구리 전기도금 장치와, 상기 증착 장치와 상기 구리 전기도금 장치를 상호 연결하고, 증착 장비에서 배리어 금속층과 구리 시드층 증착 후에 진공 파괴 없이 구리 전기도금 장치에서 구리층 증착을 진행하고, 구리층 증착후 시간 지연 없이 열처리하는 수단이 구비된 전이 모듈로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 장치를 이용한 구리 금속 배선 형성 방법은 로드 록이 구비된 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치와, 언로드 록이 구비된 구리 전기도금 장치와, 상기 증착 장치와 상기 구리 전기도금 장치를 상호 연결하고, 제 1 버퍼 챔버, 전이 챔버 및 제 2 버퍼 챔버로 이루어진 전이 모듈로 구성된 구리 금속 배선 형성 장치가 제공되고, 층간 절연막 상에 구리 금속 배선용 콘택홀 및 트랜치가 형성된 웨이퍼가 제공되는 단계; 상기 웨이퍼를 상기 로드 록을 통해 상기 증착 장치에 투입하여 배리어 금속층 및 구리 시드층을 진공파괴 없이 증착 하는 단계; 상기 구리 시드층을 증착한 챔버와 동일한 진공도를 유지하는 상기 제 1 버퍼 챔버로 상기 웨이퍼를 옮기는 단계; 상기 제 1 버퍼 챔버와 상기 제 2 버퍼 챔버와의 진공도가 같을 때 상기 전이 챔버에 장착된 로봇을 이용하여 상기 웨이퍼를 상기 제 1 버퍼 챔버로부터 상기 제 2 버퍼 챔버로 이동시키는 단계; 상기 제 2 버퍼 챔버의 내부 압력을 상압까지 내린 후에 상기 웨이퍼를 상기 구리 전기도금 장치로 옮겨 구리 전기도금을 실시하는 단계; 상기 제 2 버퍼 챔버로 상기 웨이퍼로 옮겨 수소환원 열처리를 실시하는 단계; 및 상기 제 2 버퍼 챔버로부터 상기 구리 전기도금 장치의 언로드 록을 통해 상기 웨이퍼를 방출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치의 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치 11: 로드 록
20: 구리 전기도금 장치 21: 언로드 록
30: 전이 모듈 31: 제 1 버퍼 챔버
32: 전이 챔버 33: 제 2 버퍼 챔버
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치의 도면이다.
전기도금법을 이용하여 구리 금속 배선을 형성하기 위한 본 발명의 구리 금속 배선 형성 장치는, 제 1 버퍼 챔버(buffer chamber; 31)와, 수소환원 분위기 열처리 수단이 구비된 제 2 버퍼 챔버(33)와, 제 1 버퍼 챔버(31)와 제 2 버퍼 챔버(33)를 연결해주는 로봇(robot)이 장착된 전이 챔버(transfer chamber; 32)로 구성된 전이 모듈(transfer module; 30)을 이용하여 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치(10)를 제 1 버퍼 챔버(31)에 연결하고, 구리 전기도금 장치(20)를 제 2 버퍼 챔버(33)에 연결하여 구성된다.
배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치(10)는 웨이퍼를 투입하는 로드 록(load lock; 11)이 구비되며, 기존과 마찬가지로 물리기상증착(PVD)법을 이용한 챔버 및 화학기상증착(CVD)법을 이용한 챔버로 구성된다.
구리 전기도금 장치(20)는 웨이퍼를 방출하는 언로드 록( unload lock; 21)이 구비되며, 기존과는 달리 프리-클리닝(pre-cleaning) 챔버가 없이 증착 챔버와 린스(rinse) 챔버로 구성된다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 구리 금속 배선 형성 장치를 이용하여 전기도금법에 의한 구리 금속 배선 형성 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 소자를 구성하기 위한 여러 요소가 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성하고, 층간 절연막 상에 콘택홀 및 트랜치가 형성된 웨이퍼가 제공된다. 이 웨이퍼를 로드 록(11)을 통해 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치(11)에 투입하여 배리어 금속층 및 구리 시드층을 진공파괴 없이 증착 한다. 증착이 완료된 웨이퍼는 전이 모듈(30)의 제 1 버퍼 챔버(31)로 옮겨지게 된다. 이때, 제 1 버퍼 챔버(31)의 진공도는 증착 장치(11)에서 구리 시드층이 증착된 챔버의 진공도와 같으며, 따라서 별도의 제 1 버퍼 챔버(31)를 구성하지 않고 바로 구리 시드층 증착 챔버를 제 1 버퍼 챔버(31)로도 이용할 수도 있다. 전이 모듈(30)의 전이 챔버(32)는 제 1 버퍼 챔버(31)와 제 2 버퍼 챔버(33)와의 진공도가 같을 때 전이 챔버(32)에 장착된 로봇을 이용하여 웨이퍼를 제 1 버퍼 챔버(31)로부터 제 2 버퍼 챔버(33)로 이동시킨다. 이때, 제 2 버퍼 챔버(33)에 구비된 수소환원 열처리 수단은 작동시키지 않는다. 제 2 버퍼 챔버(33)에 이동된 웨이퍼를 구리 전기도금 장치(20)로 이동되기 전에 제 2 버퍼 챔버(33)의 내부 압력을 상압까지 내린다. 이러한 상태에서 구리 전기도금 장치(20)의 이송 수단에 의해 제 2 버퍼 챔버(33)에 있는 웨이퍼는 구리 전기도금 장치(20)로 옮겨져 구리 전기도금을 실시하고, 구리층의 증착이 완료되면 다시 제 2 버퍼 챔버(33)로 웨이퍼가 옮겨진다. 이때, 제 2 버퍼 챔버(33)에 구비된 수소환원 열처리 수단이 작동되어 열처리 공정이 실시된다. 열처리 공정이 완료되면 구리 전기도금 장치(21)의 언로드 록(21)을 통해 웨이퍼를 방출한다. 이후, 화학기계적 연마법을 적용하여 증착된 구리층을 연마하여 층간 절연막의 콘택홀 및 트랜치 부분에 구리 금속 배선이 형성된다.
상기한 본 발명의 실시예에 의한 구리 금속 배선 형성 장치는, 고성능의 전기도금법을 이용하여 구리 금속 배선을 얻기 위해 기존의 물리기상증착법을 이용한 챔버 및 화학기상증착법을 이용한 챔버로 구성된 장치에서 배리어 금속층 및 구리 시드층을 증착한 후에 진공파괴 없이 연속적인 전기도금법으로 구리층을 형성하는 방법으로 깨끗하고 안정한 구리 시드층을 제공하는 공정과 시간 지연 없이 바로 수소환원 열처리가 가능하게 하는 공정 및 장비 개념을 포함하는 반도체 소자의 새로운 금속 배선 형성 방법을 제공할 수 있는 장치이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치와 구리 전기도금 장치를 진공파괴 없이 연결시키는 전이 모듈을 제공하여, 배리어 금속층 및 구리 시드층을 증착한 후에 진공 파괴 없이 연속적인 전기도금법으로 구리층을 형성하는 방법으로 깨끗하고 안정한 구리 시드층을 제공하는 공정 및 장비 개념을 제공하므로써, 전기도금전에 프리-클리닝 단계를 제거할 수 있는 장점이 있으며, 또한 구리를 증착한 후에 시간 지연 없이 수소환원 열처리를 할 수 있어 구리 산화막을 제거하여 구리 배선의 전기적 특성을 향상시켜 보다 나은 소자 속도를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼를 투입하는 로드 록이 구비된 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치와,
    웨이퍼를 방출하는 언로드 록이 구비된 구리 전기도금 장치와,
    상기 증착 장치와 상기 구리 전기도금 장치를 상호 연결하고, 증착 장비에서 배리어 금속층과 구리 시드층 증착후에 진공 파괴 없이 구리 전기도금 장치에서 구리층 증착을 진행하고, 구리층 증착후 시간 지연 없이 열처리하는 수단이 구비된 전이 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 장치는 물리기상증착 챔버 및 화학기상증착 챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 전기도금 장치는 증착 챔버와 린스 챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전이 모듈은 상기 증착 장치와 연결된 제 1 버퍼 챔버와, 상기 구리 전기도금 장치와 연결되고 수소환원 분위기 열처리 수단이 구비된 제 2 버퍼 챔버와, 상기 제 1 버퍼 챔버와 상기 제 2 버퍼 챔버를 연결해주는 로봇이 장착된 전이 챔버로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 장치.
  5. 로드 록이 구비된 배리어 금속층 및 구리 시드층 증착 장치와, 언로드 록이 구비된 구리 전기도금 장치와, 상기 증착 장치와 상기 구리 전기도금 장치를 상호 연결하고, 제 1 버퍼 챔버, 전이 챔버 및 제 2 버퍼 챔버로 이루어진 전이 모듈로 구성된 구리 금속 배선 형성 장치가 제공되고, 층간 절연막 상에 구리 금속 배선용 콘택홀 및 트랜치가 형성된 웨이퍼가 제공되는 단계;
    상기 웨이퍼를 상기 로드 록을 통해 상기 증착 장치에 투입하여 배리어 금속층 및 구리 시드층을 진공파괴 없이 증착하는 단계;
    상기 구리 시드층을 증착한 챔버와 동일한 진공도를 유지하는 상기 제 1 버퍼 챔버로 상기 웨이퍼를 옮기는 단계;
    상기 제 1 버퍼 챔버와 상기 제 2 버퍼 챔버와의 진공도가 같을 때 상기 전이 챔버에 장착된 로봇을 이용하여 상기 웨이퍼를 상기 제 1 버퍼 챔버로부터 상기 제 2 버퍼 챔버로 이동시키는 단계;
    상기 제 2 버퍼 챔버의 내부 압력을 상압까지 내린 후에 상기 웨이퍼를 상기 구리 전기도금 장치로 옮겨 구리 전기도금을 실시하는 단계;
    상기 제 2 버퍼 챔버로 상기 웨이퍼로 옮겨 수소환원 열처리를 실시하는 단계; 및
    상기 제 2 버퍼 챔버로부터 상기 구리 전기도금 장치의 언로드 록을 통해 상기 웨이퍼를 방출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 금속 배선 형성 방법.
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