KR20020055316A - 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 다마신 패턴에 구리 박막을 형성하고 구리 박막 상부에 티타늄막을 형성한 후 열산화 공정을 실시하여 구리 박막의 표면위에는 구리와 티타늄의 화합물층을 형성하고, 티타늄막을 티타늄 산화막으로 변화시킴으로써 구리 박막의 내산화 특성을 향상시킬 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법이 제시된다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 다마신패턴에 구리 박막을 형성하고 구리 박막 상부에 티타늄막을 형성한 후 열산화 공정을 실시하여 구리 박막의 표면위에는 구리와 티타늄의 화합물층을 형성하고, 티타늄막을 티타늄 산화막으로 변화시킴으로써 구리 박막의 내산화 특성을 향상시킬 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 전기 비저항이 낮고 EM 및 SM 특성이 우수한 구리 배선에 대한 연구가 크게 부각되고 있다. 그러나 구리 박막은 현재까지 반도체 소자의 금속 배선으로 사용되고 있는 알루미늄 배선과는 달리 구리 박막 재료의 물성적인 특징에 기인하는 문제점이 발생된다.
즉, 구리 원자는 실리콘 또는 실리콘 산화막내로 쉽게 침투하여 소자의 전기적 특성 및 절연 특성을 악화시키고, 구리 박막은 산소와 쉽게 반응하여 구리 산화물을 형성하는 등 내산화성이 매우 취약하다. 또한, 플라즈마 방법으로 구리 박막을 식각할 때 낮은 증기압으로 인해 많은 문제점이 발생된다. 한편, 현재 구리 박막의 증착 방법으로 연구되고 있는 MOCVD 방법은 사용되는 구리 전구체의 그램 (gram)당 가격이 금값에 비해 비싸지만, 아직 MOCVD 방법에 대한 연구가 양산 공정에 적용될 만큼 안정된 프로세스를 보이지 않고 있다.
본 발명의 목적은 구리 박막의 내산화성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의구리 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 소자의 전기적 특성 및 절연 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서는 절연막에 다마신 패턴을 형성하고, 구리 박막을 형성한 후 내산화성이 취약한 구리 박막의 전면을 보호하기 위해 희생 박막으로 티타늄막을 수백Å의 두께로 형성한다. 그리고 열산화 공정을 실시하여 구리 박막의 표면위에서 구리와 티타늄의 화합물과 티타늄 산화막을 형성함으로써 효과적으로 구리 박막의 내산화 특성을 개선한다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 반도체 기판12 : 절연막
13 : 확산 방지막14 : 구리 박막
15 : 티타늄막16 : 티타늄 산화막
17 : 구리와 티타늄의 화합물막
본 발명에 따른 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법은 소정의 구조가 형성된 반도체 기판 상부에 절연막을 형성한 후 상기 절연막에 다마신 패턴을 형성하는 단계와, 전체 구조 상부에 확산 방지막을 형성하고, 상기 다마신 패턴이 매립되도록 구리 박막을 형성하는 단계와, 상기 구리 박막 및 확산 방지막을 연마하여 상기 절연막을 노출시키는 단계와, 전체 구조 상부에 티타늄막을 형성하는 단계와, 열산화 공정을 실시하여 상기 티타늄막을 티타늄 산화막으로 변화시키고, 상기 구리 박막과 상기 티타늄막의 사이에 소정 두께의 구리와 티타늄의 화합물층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.
도 1(a)를 참조하면, 반도체 소자를 제조하기 위한 소정의 공정에 의해 소정의 구조가 형성된 반도체 기판(11) 상부에 절연막(12)을 형성한다. 절연막(12)은 SiO2막, SiN막, PECVD 방법으로 형성된 TEOS 기반 SiO2막, USG막, NSG막, BPSG막, 저유전 절연막인 HSQ, PTFE, BCB 및 FLARE중 어느 하나로 형성한다. 절연막(12)의 소정 영역에 다마신 공정을 실시하여 다마신 패턴을 형성한다. 전체 구조 상부에 확산 방지막(13)을 형성하고, 다마신 패턴이 매립될 수 있도록 전체 구조 상부에 구리 박막(14)을 형성한다. 확산 방지막 (13)은 TiN막, SiON막, WN막, TaN막, TiW막, CrN막, Ti막 및 TiON막중 어느 하나로 형성한다. 구리 박막(14) 및 확산 방지막(13)을 연마하여 절연막(12)을 노출시킨다.
도 1(b)를 참조하면, 전체 구조 상부에 희생 박막으로 티타늄막(15)을 50∼500Å의 두께로 형성한다. 티타늄막(15) 대신에 지르코늄(Zr)막, 아연(Zn)막 또는 몰리브덴(Mo)막중 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 1(c)를 참조하면, 600∼1000℃의 온도와 100∼1000mTorr의 압력의 산소 분위기에서 열산화 공정을 실시한다. 이에 의해 티타늄막(15)은 티타늄 산화막(16)으로 변화되고, 티타늄막(15)과 접하는 구리 박막(14)은 소정 부분이 구리와 티타늄의 화합물층(17)으로 변화된다. 티타늄막 대신에 지르코늄막을 사용할 경우 티타늄 산화막 대신에 지르코늄 산화막이 형성되고, 티타늄막 대신에 아연막을 사용할 경우 티타늄 산화막 대신에 아연 산화막이 형성되며, 티타늄막 대신에 몰리브덴막을 사용할 경우 몰리브덴 산화막이 형성된다. 한편, 티타늄 산화막(16)은 구리와 티타늄의 화합물층(17)보다 약 1/2 내지 1/3의 두께로 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 다마신 패턴에 구리 박막을 형성하고 구리 박막 상부에 티타늄막을 형성한 후 열산화 공정을 실시하여 구리 박막의 표면위에는 구리와 티타늄의 화합물층을 형성하고, 티타늄막을 티타늄 산화막으로 변화시킴으로써 구리 박막의 내산화 특성을 향상시킬 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- 소정의 구조가 형성된 반도체 기판 상부에 절연막을 형성한 후 상기 절연막에 다마신 패턴을 형성하는 단계와,전체 구조 상부에 확산 방지막을 형성하고, 상기 다마신 패턴이 매립되도록 구리 박막을 형성하는 단계와,상기 구리 박막 및 확산 방지막을 연마하여 상기 절연막을 노출시키는 단계와,전체 구조 상부에 티타늄막을 형성하는 단계와,열산화 공정을 실시하여 상기 티타늄막을 티타늄 산화막으로 변화시키고, 상기 구리 박막과 상기 티타늄막의 사이에 소정 두께의 구리와 티타늄의 화합물층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은 SiO2막, SiN막, PECVD 방법으로 형성된 TEOS 기반 SiO2막, USG막, NSG막, BPSG막, 그리고 저유전 절연막인 HSQ, PTFE, BCB 및 FLARE중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 확산 방지막은 TiN막, SiON막, WN막, TaN막, TiW막, CrN막, Ti막 및 TiON막중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 티타늄막 대신에 지르코늄막, 아연막 또는 몰리브덴막중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 티타늄 산화막 대신에 지르코늄 산화막, 아연 산화막 또는 몰리브덴 산화막이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열산화 공정은 600 내지 1000℃의 온도와 100 내지 1000mTorr의 압력에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법.
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