KR20000056452A - 반도체 소자의 구리 배선 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법은 반도체 기판 상에 콘택홀을 갖는 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 갖는 층간 절연막 상에 구리 씨드층을 형성하는 단계와, 상기 구리 씨드층이 형성된 반도체 기판을 열처리함으로써 상기 구리 씨드층을 플로우시켜 상기 콘택홀의 바닥, 양측벽 및 상기 층간 절연막 상에 균일하게 형성하는 단계와, 상기 균일하게 형성된 구리 씨드층 상에 상기 콘택홀을 매립하도록 구리층을 형성하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 구리 씨드층을 형성한 후 열처리하여 구리 씨드층의 오버행 문제가 해결함으로써 콘택홀 내에 보이드를 발생시키지 않는다.

Description

반도체 소자의 구리 배선 형성 방법{method of forming copper wiring in semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자 중에서 높은 속도가 요구되어지는 로직 소자를 중심으로 해서 RC 지연시간을 줄이기 위해 비저항이 낮은 구리 금속을 배선층으로 이용하는 방법이 연구되고 있다. 그런데, 상기 구리 금속을 콘택홀이 형성된 반도체 기판 상에 잘 매립하기가 어렵다. 여기서, 종래의 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명한다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(1), 예컨대 실리콘 기판 상에 상기 반도체 기판(1)을 노출하는 콘택홀을 갖는 층간 절연막(3)을 형성한다. 이어서, 상기 층간 절연막(3)이 형성된 반도체 기판의 전면에 구리 씨드층(5, Cu seed layer)을 형성한다. 상기 구리 씨드층(5)은 통상적으로 물리기상증착법(physical vapor deposition: PVD)을 이용하여 형성하는데, 콘택홀의 입구에 구리 씨드층(5)이 과도하게 형성되는 오버행(overhang) 문제가 발생한다. 즉, 구리 씨드층(5)이 콘택홀의 양측벽을 균일하게 피복하지 못하고 콘택홀 입구 부분만 두껍게 형성된다.
도 2를 참조하면, 균일하게 피복되지 않는 구리 씨드층(5)이 형성된 반도체 기판의 전면에 구리층(7)을 증착한다. 이때, 균일하게 피복되지 않는 구리 씨드층(5)으로 인하여 콘택홀 내에 보이드(9)가 발생한다. 이렇게 콘택홀 내에 보이드(9)가 형성되면 반도체 소자의 신뢰성이 크게 떨어지게 된다.
이상과 같이 종래의 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법은 구리 씨드층(5)의 형성시 오버행 문제가 발생하여 콘택홀 내에 보이드(9)를 형성하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 오버행 문제를 해결하여 콘택홀 내에 보이드를 발생시키지 않는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 제공하는 데 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판 상에 콘택홀을 갖는 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 갖는 층간 절연막 상에 구리 씨드층을 형성하는 단계와, 상기 구리 씨드층이 형성된 반도체 기판을 열처리함으로써 상기 구리 씨드층을 플로우시켜 상기 콘택홀의 바닥, 양측벽 및 상기 절연막 상에 균일하게 형성하는 단계와, 상기 균일하게 형성된 구리 씨드층 상에 상기 콘택홀을 매립하도록 구리층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 제공한다.
상기 구리 씨드층은 물리기상증착법으로 형성하며, 구리층은 전기도금법으로 형성할 수 있다. 상기 열처리는 가열로를 이용하여 수행하거나, 램프 또는 레이저와 같은 열원을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 열처리는 300∼700℃에서 수행할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법은 구리 씨드층을 형성한 후 열처리하여 구리 씨드층의 오버행 문제가 해결함으로써 콘택홀 내에 보이드를 발생시키지 않는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(11), 예컨대 실리콘 기판 상에 상기 반도체 기판(11)을 노출하는 콘택홀을 갖는 층간 절연막(13)을 형성한다. 이어서, 상기 층간 절연막(13)이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 구리 씨드층(15)을 형성한다. 상기 구리 씨드층(15)은 물리기상증착법(physical vapor deposition: PVD)을 이용하여 형성하므로, 콘택홀의 입구에 종래와 같이 구리 씨드층(15)이 과도하게 형성되는 오버행 문제가 발생한다.
도 4를 참조하면, 균일하게 피복되지 않는 구리 씨드층(15)이 형성된 반도체 기판(11)을 300∼700℃의 온도에서 열처리하여 상기 구리 씨드층(15)을 플로우시킨다. 상기 구리 씨드층(15)의 열처리시 분위기는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 등과 같은 불활성 가스 또는 질소 가스 분위기에서 수행하거나, 상기 불활성 가스 및 질소 가스의 혼합가스 분위기에서 수행한다. 그리고, 상기 구리 씨드층(15)의 열처리를 300∼700℃에서 수행하는 이유는 이 온도에서 고체 구리가 유동성이 있으면서 열 충격이 없기 때문이다.
이렇게 열처리를 하고 나면 콘택홀 입구에 과도하게 형성된 구리 씨드층(15)의 두께는 줄고 콘택홀의 구리 씨드층은 균일하게 피복된다. 상기 구리 씨드층(15)의 열처리는 상기 구리 씨드층(15)을 형성한 챔버와 동일한 챔버에서 인시츄 방식으로 수행하거나 다른 챔버에서 수행할 수 있다. 상기 구리 씨드층(15)의 열처리는 램프, 레이저 등의 광을 이용하거나 가열로를 이용할 수 있다. 상기 레이저로는 CO2, Nd:YAG, Excimer 레이저를 이용하거나, 펄스형 또는 연속형 레이저 모두 이용 가능하다. 그리고, 레이저의 입력은 광 파이버 번들(optical fiber bundle)을 이용할 수 있다. 특히, 레이저 히터를 이용하는 경우 고전력의 펄스형 레이저를 사용하면 레이저 빔의 직진성에 의해 스퍼터 효과도 얻을 수 있다. 그리고, 상기 램프로는 할로겐 램프를 이용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 콘택홀의 양측벽 및 층간 절연막(13) 상에 피복이 잘된 구리 씨드층(15)이 형성된 반도체 기판(11)의 전면에 화학기상증착법 또는 전기도금법을 이용하여 구리층(17)을 형성하여 반도체 소자의 배선층을 형성한다. 이렇게 피복이 잘된 구리 씨드층(15) 상에 구리층(17)을 형성하면 종래와 다르게 콘택홀 내에 보이드가 발생하지 않으면서 콘택홀을 잘 매립한다. 이렇게 콘택홀 내에 보이드가 발생되지 않으면 반도체 소자의 신뢰성이 크게 향상된다.
더하여, 보이드의 발생을 확실하게 방지하기 위하여 상기 구리층(17)을 형성한 후 상기 구리 씨드층(15)의 열처리와 동일한 방법으로 열처리를 더 수행할 수 도 있다.
이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법은 구리 씨드층을 형성한 후 열처리하여 구리 씨드층의 오버행 문제가 해결하여 콘택홀 내에 보이드를 발생시키지 않는다.

Claims (4)

  1. 반도체 기판 상에 콘택홀을 갖는 절연막을 형성하는 단계;
    상기 콘택홀을 갖는 절연막 상에 구리 씨드층을 형성하는 단계;
    상기 구리 씨드층이 형성된 반도체 기판을 열처리함으로써 상기 구리 씨드층을 플로우시켜 상기 콘택홀의 바닥, 양측벽 및 상기 절연막 상에 균일하게 형성하는 단계; 및
    상기 균일하게 형성된 구리 씨드층 상에 상기 콘택홀을 매립하도록 구리층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구리 씨드층은 물리기상증착법으로 형성하며, 구리층은 전기도금법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 가열로를 이용하여 수행하거나, 램프 또는 레이저와 같은 열원을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 300∼700℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100508422B1 (ko) * 2001-01-22 2005-08-18 아넬바 가부시기가이샤 동배선막 형성 방법
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CN111968940A (zh) * 2020-08-18 2020-11-20 上海交通大学 激光退火铜层结构热处理方法及线性整合激光退火装置

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