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KR20100073779A - Metal line of semiconductor device and fabricating method thereof - Google Patents

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KR20100073779A
KR20100073779A KR1020080132539A KR20080132539A KR20100073779A KR 20100073779 A KR20100073779 A KR 20100073779A KR 1020080132539 A KR1020080132539 A KR 1020080132539A KR 20080132539 A KR20080132539 A KR 20080132539A KR 20100073779 A KR20100073779 A KR 20100073779A
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KR
South Korea
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film
copper
forming
via hole
barrier
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Withdrawn
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KR1020080132539A
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Korean (ko)
Inventor
유동재
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주식회사 동부하이텍
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Abstract

실시예는 반도체 소자의 금속배선 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선의 제조 방법은, 기판 상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막에 비아홀 및 상기 비아홀과 연결된 트렌치를 형성하는 단계, 상기 비아홀 및 상기 트렌치가 형성된 기판 전면에 제1Ti막을 형성하는 단계, 상기 제1Ti막 상에 배리어막을 형성하는 단계, 상기 배리어막이 형성된 상기 비아홀 및 상기 트렌치 내에 구리막을 형성하는 단계, 상기 구리막 상에 제2Ti막을 형성하는 단계 및 상기 제2Ti막 및 상기 구리막을 연마하여 상기 절연막의 상면을 드러내는 단계를 포함한다. 실시예는 Ti막을 이용하여 구리 배선들의 계면에서 발생되는 어드히젼 문제 또는 보이드 등의 문제를 방지할 수 있으며, 구리막 계면에 있는 산소가 구리 그레인 바운더리를 따라 확산하여 확산방지막의 Ta와 결합되는 것을 최소화할 수 있다.The embodiment relates to metallization of a semiconductor device and a method of manufacturing the same. In the method of manufacturing a metallization of a semiconductor device according to an embodiment, forming an insulating film on a substrate, forming a via hole and a trench connected to the via hole in the insulating film, a first Ti on the entire surface of the substrate on which the via hole and the trench are formed Forming a film, forming a barrier film on the first Ti film, forming a copper film in the via hole and the trench where the barrier film is formed, forming a second Ti film on the copper film, and forming the second Ti film; Polishing the copper film to expose the top surface of the insulating film. The embodiment can prevent problems such as an adhesion problem or voids occurring at the interface of the copper wirings using a Ti film, and oxygen at the copper film interface is diffused along the copper grain boundary to be combined with Ta of the diffusion barrier. It can be minimized.

Description

반도체 소자의 금속배선 및 그 제조 방법{metal line of semiconductor device and fabricating method thereof}Metal wiring of semiconductor device and manufacturing method thereof

실시예는 반도체 소자의 금속배선 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to metallization of a semiconductor device and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 반도체 소자 또는 전자 소자 등에 있어서는, 배선형성 기술로서 절연막 상에 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W) 등과 같은 도전체막을 증착한 후, 이 도전체막을 통상의 포토리소그래피(Photolithography) 공정 및 건식 식각(Dry etching) 공정을 통해 패터닝하여 배선을 형성하는 기술이 확립되어 이 분야에서 널리 이용되고 있다. 특히, 최근에는 반도체 소자 중에서 높은 속도가 요구되는 로직(Logic) 소자를 중심으로 해서 RC 지연시간을 줄이기 위한 일환으로 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W) 대신에 구리(Cu)와 같이 비저항이 낮은 금속을 배선으로 이용하는 방법이 연구되고 있다.In general, in semiconductor devices, electronic devices, and the like, a conductor film such as aluminum (Al) or tungsten (W) is deposited on an insulating film as a wiring forming technique, and then the conductor film is subjected to a conventional photolithography process and a dry method. A technology of forming a wiring by patterning through a dry etching process has been established and widely used in this field. In particular, in recent years, a low resistivity metal such as copper (Cu) instead of aluminum (Al) or tungsten (W) as a part of reducing RC delay time centering on logic devices that require high speed among semiconductor devices. Has been studied to use a wire as a wiring.

하지만, 구리(Cu)를 이용한 배선 형성공정에서는, 구리 입자가 절연막을 확산되는 것을 방지하기 위하여 절연막과 구리 배선 사이에 확산방지막을 형성한다.However, in the wiring forming step using copper (Cu), a diffusion barrier film is formed between the insulating film and the copper wiring to prevent the copper particles from diffusing the insulating film.

최근에, 구리를 이용한 인터커넥션(interconnection) 구조에서 신뢰성 문제가 대두되고 있는데, 이는 구리 인터커넥션 구조에서 이 확산방지막에 의하여 구리 의 연속적인 흐름이 끊어지고, 이 확산방지막에서 보이드가 형성되기 때문이다.In recent years, reliability problems have arisen in the interconnection structure using copper because the continuous flow of copper is interrupted by the diffusion barrier in the copper interconnect structure, and voids are formed in the diffusion barrier. .

특히 하부 구리 배선과 상부 구리 배선 사이의 계면에서 어드히젼(adhesion) 불량, 확산방지막의 커버리지(coverage) 등의 문제가 발생되고, 확산방지막의 Ta와 구리막 표면의 산소의 결합에 의한 TaO 생성 등의 문제가 발생된다.In particular, problems such as poor adhesion and coverage of the diffusion barrier film occur at the interface between the lower copper wire and the upper copper wire, and TaO generation by combining Ta of the diffusion barrier film with oxygen on the surface of the copper film Problem occurs.

이러한 문제점들은 잠재적으로 EM(electro migration), SIV(stress induced voiding), SM(stress migration) 등의 문제를 일으킬 수 있어 전체적인 소자의 퍼포먼스(performance)를 저하시킬 뿐 아니라 신뢰성 저하의 원인이 될 수 있다. These problems can potentially cause problems such as electromigration (EM), stress induced voiding (SIV), stress migration (SM), etc., which not only degrades the performance of the overall device but can also cause reliability. .

실시예는 구리 인터커넥션 구조의 반도체 소자에서, Ti막을 이용하여 구리 배선의 보이드 및 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그 제조 방법을 제공한다.The embodiment provides a metal wiring of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can prevent voids and defects in copper wiring using a Ti film in a semiconductor device having a copper interconnection structure.

실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선의 제조 방법은, 기판 상에 절연막을 형성하는 단계, 상기 절연막에 비아홀 및 상기 비아홀과 연결된 트렌치를 형성하는 단계, 상기 비아홀 및 상기 트렌치가 형성된 기판 전면에 제1Ti막을 형성하는 단계, 상기 제1Ti막 상에 배리어막을 형성하는 단계, 상기 배리어막이 형성된 상기 비아홀 및 상기 트렌치 내에 구리막을 형성하는 단계, 상기 구리막 상에 제2Ti막을 형성하는 단계 및 상기 제2Ti막 및 상기 구리막을 연마하여 상기 절연막의 상면을 드러내는 단계를 포함한다.In the method of manufacturing a metallization of a semiconductor device according to an embodiment, forming an insulating film on a substrate, forming a via hole and a trench connected to the via hole in the insulating film, a first Ti on the entire surface of the substrate on which the via hole and the trench are formed Forming a film, forming a barrier film on the first Ti film, forming a copper film in the via hole and the trench where the barrier film is formed, forming a second Ti film on the copper film, and forming the second Ti film; Polishing the copper film to expose the top surface of the insulating film.

실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선은, 기판 상에 형성되며, 비아홀 및 상기 비아홀과 연결된 트렌치가 형성된 절연막, 상기 비아홀 및 트렌치의 내벽을 따라 형성된 제1Ti막, 상기 제1Ti막 상에 적층된 제1배리어막 및 제2배리어막 및 상기 제2배리어막 상에 형성되며 상기 비아홀 및 상기 트렌치 내에 형성된 구리 배선을 포함한다.The metal wiring of the semiconductor device according to the embodiment may be formed on a substrate, and may include an insulating film having via holes and trenches connected to the via holes, a first Ti film formed along inner walls of the via holes and trenches, and a first stacked Ti layer on the first Ti film. And a copper wiring formed on the first barrier film, the second barrier film, and the second barrier film, and formed in the via hole and the trench.

실시예는 Ti막을 이용하여 구리 배선들의 계면에서 발생되는 어드히젼 문제 또는 보이드 등의 문제를 방지할 수 있으며, 구리막 계면에 있는 산소가 구리 그레인 바운더리를 따라 확산하여 확산방지막의 Ta와 결합되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.The embodiment can prevent problems such as an adhesion problem or voids occurring at the interface of the copper wirings using a Ti film, and oxygen at the copper film interface is diffused along the copper grain boundary to be combined with Ta of the diffusion barrier. There is an effect that can be minimized.

실시예는 반도체 소자에서 구리 금속 배선의 구리 확산 방지막의 특성을 개선하는 효과가 있다.The embodiment has the effect of improving the characteristics of the copper diffusion barrier of the copper metal wiring in the semiconductor device.

실시예는 구리 금속 배선 상에 형성되는 확산 방지막에 Ti막을 추가하여 전자 이탈(EM : electromigration) 을 방지하는 효과가 있다.The embodiment has an effect of preventing the electron migration (EM) by adding a Ti film to the diffusion barrier formed on the copper metal wiring.

첨부한 도면을 참조로 하여 실시예들에 따른 반도체 소자의 금속배선 및 그 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 이하, "제 1 ", "제 2 " 등으로 언급되는 경우 이는 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 부재들을 구분하고 적어도 두개를 구비하고 있음을 보여주는 것이다. 따라서, 상기 "제 1 ", "제 2 "등으로 언급되는 경우 부재들이 복수 개 구비되어 있음이 명백하며, 각 부재들이 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수도 있다. 또한, 첨부한 도면의 각 구성요소들의 크기(치수)는 발명의 이해를 돕기 위하여 확대하여 도시한 것이며, 도시된 각 구성요소들의 치수의 비율은 실제 치수의 비율과 다를 수도 있다. 또한, 도면에 도시된 모든 구성요소들이 본 발명에 반드시 포함되어야 하거나 한정되는 것은 아니며 본 발명의 핵심 적인 특징을 제외한 구성 요소들은 부가 또는 삭제될 수도 있다. 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on/above/over/upper)"에 또는 "아래(down/below/under/lower)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.With reference to the accompanying drawings will be described in detail a metal wiring and a method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiments. Hereinafter, when referred to as "first", "second", and the like, this is not intended to limit the members but to show that the members are divided and have at least two. Thus, when referred to as "first", "second", etc., it is apparent that a plurality of members are provided, and each member may be used selectively or interchangeably. In addition, the size (dimensions) of each component of the accompanying drawings are shown in an enlarged manner to help understanding of the invention, the ratio of the dimensions of each of the illustrated components may be different from the ratio of the actual dimensions. In addition, not all components shown in the drawings are necessarily included or limited to the present invention, and components other than the essential features of the present invention may be added or deleted. In the description of an embodiment according to the present invention, each layer (film), region, pattern or structure is "on / above / over / upper" of the substrate, each layer (film), region, pad or patterns or In the case described as being formed "down / below / under / lower", the meaning is that each layer (film), region, pad, pattern or structure is a direct substrate, each layer (film), region, It may be interpreted as being formed in contact with the pad or patterns, or may be interpreted as another layer (film), another region, another pad, another pattern, or another structure being additionally formed therebetween. Therefore, the meaning should be determined by the technical spirit of the invention.

도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 보여주는 단면도들이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wires in a semiconductor device according to an embodiment.

여기서, 기판(100)은 웰 및 접합부가 형성된 반도체 기판일 수 있고, 다층 금속 배선 구조에서 하부 금속 배선(101)을 포함한 절연막일 수도 있고, 기타 반도체 소자의 전극으로 사용되는 도전성 패턴을 포함하는 반도체 기판일 수도 있다. 상기 반도체 기판은 각종 트랜지스터들을 포함할 수 있으며, 금속 배선들, 비아 패턴들, 절연막 및 각종 전자 소자들을 포함할 수 있다.Here, the substrate 100 may be a semiconductor substrate on which wells and junctions are formed, an insulating film including a lower metal wiring 101 in a multilayer metal wiring structure, or a semiconductor including a conductive pattern used as an electrode of other semiconductor devices. It may be a substrate. The semiconductor substrate may include various transistors, and may include metal wires, via patterns, insulating layers, and various electronic devices.

실시예는 구리 인터커넥션(interconnection) 구조로, 상기 하부 금속 배선(101)도 실시예에 따른 구리 금속 배선으로 이루어질 수 있다.The embodiment is a copper interconnection structure, and the lower metal interconnection 101 may also be formed of the copper metal interconnection according to the embodiment.

도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 캡핑막(capping layer)(115)을 형성한다.As shown in FIG. 1, a capping layer 115 is formed on the substrate 100.

상기 캡핑막(115)은 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있다.The capping film 115 may be formed of a silicon nitride film.

상기 캡핑막(115)은 500Å ~ 1000Å의 두께로 증착할 수 있다.The capping film 115 may be deposited to a thickness of 500 kW to 1000 kW.

상기 캡핑막(115)은 추후 형성되는 절연막을 식각하여 비아홀을 형성할 때 하부 금속 배선(101)을 드러내지 않도록 보호하는 식각 정지막으로 작용할 수 있다.The capping layer 115 may serve as an etch stop layer to protect the lower metal interconnection 101 from being exposed when etching the insulating layer formed later to form the via hole.

상기 캡핑막(115) 상에 층간 절연막(120)을 형성한다. 상기 층간 절연막(interlevel dielectric)(120)을 5000Å ~ 10000Å의 두께로 증착할 수 있다.An interlayer insulating layer 120 is formed on the capping layer 115. The interlevel dielectric 120 may be deposited to a thickness of 5000 kPa to 10000 kPa.

상기 기판(100)에는 다층 금속 배선 구조에서 하부 금속 배선(101)이 형성되어 있을 수도 있으며, 상기 층간 절연막(120)을 관통하여 상기 하부 금속 배선(101)과 이후 형성될 구리 금속 배선이 접속되는 구조로 형성될 수 있다.The lower metal interconnection 101 may be formed on the substrate 100 in a multi-layered metal interconnection structure, and the lower metal interconnection 101 is connected to the lower metal interconnection 101 to be formed later through the interlayer insulating layer 120. It may be formed into a structure.

상기 층간 절연막(120)은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법으로 플루오린 실리케이트 글래스막(fluorinated- silicate-glass; FSG) 등의 저 유전율을 갖는 물질을 증착하여 형성한다.The interlayer insulating layer 120 is formed by depositing a material having a low dielectric constant such as fluorinated silicate glass (FSG) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(120)에 비아홀 및 트렌치(121)를 형성할 수 있다. As illustrated in FIG. 2, via holes and trenches 121 may be formed in the interlayer insulating layer 120.

상기 비아홀은 상기 층간 절연막(120)을 관통하여 형성되며, 상기 하부 금속 배선(101)을 노출시킨다.The via hole is formed through the interlayer insulating layer 120 to expose the lower metal wire 101.

상기 트렌치는 상기 비아홀보다 넓은 폭으로 상기 비아홀과 연결되어 상기 층간 절연막(120)에 소정 깊이로 형성될 수 있다.The trench may be connected to the via hole in a width wider than that of the via hole and formed to a predetermined depth in the interlayer insulating layer 120.

상기 비아홀 및 상기 트렌치(121)는 일반적인 듀얼 다마신 공법을 이용하여 형성될 수 있으며, 여기서, 그 순서를 구체적으로 도시하여 설명하지는 않는다.The via hole and the trench 121 may be formed using a general dual damascene method, and the order thereof will not be described in detail.

간략히 설명하면, 상기 층간 절연막(120) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 층간 절연막(120)을 식각하여 비아홀을 형성한다. 상기 비아홀은 전기적으로 접속하고자 하는 대상 예를 들어, 하부 금속 배선(101)의 일부를 노출시킬 수 있다. 상기 비아홀 내부에 노볼락(novolac) 또는 BARC(bottom anti-reflective coating)로 이루어지는 보호층을 형성한다. 상기 층간 절연막(120)을 식각하여 상기 비아홀 상부에 트렌치를 형성하고 상기 보호층을 제거한다. 상기 비아홀 및 상기 트렌치(121)가 형성된 상기 층간 절연막(120)은 상기 캡핑막(115)의 일부를 노출시킨다. 상기 비아홀 및 상기 트렌치(121)는 상기 층간 절연막(120)을 플라즈마 식각 공정으로 식각하여 형성할 수 있다. 상기 식각 공정에서 F계열 가스(예를 들어, CF4등)을 사용할 수도 있고, CO 또는 산소를 사용하거나 이를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 비아홀 및 트렌치(121)가 형성된 층간 절연막(120) 상에 남아있을 수 있는 포토 레지스트 패턴은 에슁(ashing) 공정으로 제거할 수 있다. 상기 에슁 공정은 설정된 에슁률(ashing rate)에 따라 플라즈마 식각함으로써 이루어진다. In brief, a photoresist pattern is formed on the interlayer insulating layer 120, and a via hole is formed by etching the interlayer insulating layer 120 using the photoresist pattern as a mask. The via hole may expose a portion of the lower metal wire 101 to be electrically connected, for example. A protective layer made of novolac or bottom anti-reflective coating (BARC) is formed in the via hole. The interlayer insulating layer 120 is etched to form a trench on the via hole and to remove the protective layer. The interlayer insulating layer 120 having the via hole and the trench 121 exposes a portion of the capping layer 115. The via hole and the trench 121 may be formed by etching the interlayer insulating layer 120 by a plasma etching process. In the etching process, an F-based gas (eg, CF 4, etc.) may be used, or CO or oxygen may be used or a mixture thereof may be used. The photoresist pattern that may remain on the interlayer insulating layer 120 on which the via holes and the trench 121 are formed may be removed by an ashing process. The etching process is performed by plasma etching according to a set ashing rate.

상기와 같이 공정으로 이루어지는 듀얼 다마신은 상기 공정 이외에 여러가지 공정으로 형성될 수 있으며, 싱글 다마신 또한 본 발명에 포함될 수 있다. 노출된 상기 캡핑막(115)의 일부를 식각하여 하부 금속 배선을 노출시킨다.Dual damascene made of a process as described above may be formed in various processes in addition to the above process, single damascene may also be included in the present invention. A portion of the exposed capping film 115 is etched to expose the lower metal wires.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 비아홀 및 상기 트렌치(121)가 형성된 상기 층간 절연막(120) 상에 상기 비아홀 및 상기 트렌치(121) 내벽을 따라 배리어 막(130)을 형성한다.As shown in FIG. 3, a barrier layer 130 is formed along the inner wall of the via hole and the trench 121 on the interlayer insulating layer 120 on which the via hole and the trench 121 are formed.

먼저, 제1배리어 금속막(131)을 형성한다.First, the first barrier metal film 131 is formed.

상기 제1배리어 금속막(131)은 Ti막으로 형성될 수 있다.The first barrier metal film 131 may be formed of a Ti film.

상기 제1배리어 금속막(131)은 8~12㎚ 두께로 형성될 수 있다.The first barrier metal layer 131 may be formed to have a thickness of 8 to 12 nm.

상기 제1배리어 금속막(131) 상에 제2배리어 금속막(132)이 형성된다.A second barrier metal film 132 is formed on the first barrier metal film 131.

상기 제2배리어 금속막(132)은 TaN막으로 형성될 수 있다.The second barrier metal film 132 may be formed of a TaN film.

상기 제2배리어 금속막(132)은 10~20㎚ 두께로 형성될 수 있다.The second barrier metal film 132 may be formed to a thickness of 10 ~ 20nm.

상기 제2배리어 금속막(132) 상에 제3배리어 금속막(133)이 형성된다.A third barrier metal film 133 is formed on the second barrier metal film 132.

상기 제3배리어 금속막(133)은 Ta막으로 형성될 수 있다.The third barrier metal film 133 may be formed of a Ta film.

상기 제3배리어 금속막(133)은 10~20㎚ 두께로 형성될 수 있다.The third barrier metal film 133 may be formed to a thickness of 10 to 20nm.

상기 제1배리어 금속막(131)은 저온 CVD법으로 형성할 수 있으며, 상기 제2 및 제3배리어 금속막(132, 133)은 PVD법으로 형성할 수 있다.The first barrier metal film 131 may be formed by a low temperature CVD method, and the second and third barrier metal films 132 and 133 may be formed by a PVD method.

상기 제1배리어 금속막(131)은 이후 공정에서의 스텝 커버리지(step coverage) 특성을 개선하며, 하부 금속 배선과 배리어 금속막과의 어드히젼(adhesion) 특성을 개선한다.The first barrier metal layer 131 may improve the step coverage characteristic in a subsequent process, and may improve the advice characteristic of the lower metal interconnection and the barrier metal layer.

이후, 상기 비아홀 및 트렌치(121)가 형성된 기판(100) 전면에 구리 시드층을 200~800Å의 두께로 증착할 수 있다.Thereafter, a copper seed layer may be deposited on the entire surface of the substrate 100 on which the via holes and the trench 121 are formed to have a thickness of 200˜800 μs.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 구리 시드층이 형성된 기판(100) 상에 ECP(electro copper plating)을 이용하여 구리막(140)을 형성한다.As shown in FIG. 4, the copper layer 140 is formed on the substrate 100 on which the copper seed layer is formed by using ECP (electro copper plating).

상기 구리막(140)은 상기 비아홀 및 상기 트렌치(121) 내에 갭필되며, 상기 층간 절연막(120) 상에도 소정 두께로 형성된다.The copper layer 140 is gap-filled in the via hole and the trench 121, and is formed on the interlayer insulating layer 120 to have a predetermined thickness.

이후, 상기 구리막(140)의 안정화(stabilization)를 위한 제1어닐링을 실시한다.Thereafter, a first annealing is performed to stabilize the copper film 140.

통상적인 어닐링 공정에서는 구리 표면에 형성된 CuOx에서 산소(O)가 구리 그레인 바운더리(grain boundary)를 통해 하부로 확산하여 하부에 형성된 제3배리어 금속막인 Ta와 결합하여 TaOx를 형성한다. 이와 같이 형성된 TaOx는 SIV특성을 악화시키므로, 본 실시예에서는 어닐링 공정을 다음과 같은 조건으로 한정한다.In a typical annealing process, oxygen (O) diffuses downward through a copper grain boundary in CuOx formed on a copper surface and combines with Ta, which is a third barrier metal film formed below, to form TaOx. Since TaOx thus formed deteriorates the SIV characteristic, in this embodiment, the annealing process is limited to the following conditions.

실시예에 따른 구리 안정화를 위한 제1어닐링 공정은 160~240℃에서 16~24분간 어닐링을 실시한다.In the first annealing process for stabilizing copper according to the embodiment, the annealing is performed at 160 to 240 ° C. for 16 to 24 minutes.

이후, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 구리막(140) 상에 캡핑 금속막(150)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5, a capping metal film 150 is formed on the copper film 140.

상기 캡핑 금속막(150)은 Ti막을 형성할 수 있다.The capping metal film 150 may form a Ti film.

상기 캡핑 금속막(150)은 15~25㎚ 두께로 형성할 수 있다.The capping metal layer 150 may be formed to have a thickness of 15 to 25 nm.

상기 캡핑 금속막(150)은 PVD법으로 형성할 수 있다.The capping metal layer 150 may be formed by PVD.

상기 캡핑 금속막(150)은 구리막 내의 산소를 게터링(gettering)하는 게터링막으로 작용할 수 있다.The capping metal film 150 may function as a gettering film for gettering oxygen in the copper film.

또한, 상기 캡핑 금속막(150)은 어닐링을 통해 상기 구리막(140) 내에 도핑되어 하부 배리어 금속막(130)에 형성된 TaOx의 산소를 포획하여 Ta로 환원시킨다.In addition, the capping metal film 150 is doped in the copper film 140 through annealing to capture oxygen of TaOx formed in the lower barrier metal film 130 and reduce it to Ta.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 캡핑 금속막(150)이 구리막(140) 상에 형성된 기판(100)을 제2어닐링한다.As illustrated in FIG. 6, the capping metal layer 150 may second anneal the substrate 100 formed on the copper layer 140.

상기 제2어닐링 공정은 질소 분위기에서 350~450℃, 20~40분간 어닐링을 실시한다.In the second annealing process, annealing is performed at 350 to 450 ° C. for 20 to 40 minutes in a nitrogen atmosphere.

도 7에 도시한 바와 같이, 상기 캡핑 금속막(150) 및 상기 구리막(140)의 일부를 화학적기계적연마 공정을 이용하여 평탄화하여 층간 절연막(120)의 상면을 노출시킨다.As illustrated in FIG. 7, a portion of the capping metal film 150 and the copper film 140 may be planarized using a chemical mechanical polishing process to expose the top surface of the interlayer insulating film 120.

이로써, 상기 층간 절연막(120)에 형성된 비아홀 및 트렌치(121) 내에 제1 내지 제3 배리어 금속막 패턴(131a, 132a, 133a)이 형성되며, 상기 제3배리어 금속막 패턴(133a) 상에서 상기 비아홀 및 트렌치(121) 내에 구리 배선(140a)이 형성된다.As a result, first to third barrier metal layer patterns 131a, 132a, and 133a are formed in the via hole and the trench 121 formed in the interlayer insulating layer 120, and are formed on the third barrier metal layer pattern 133a. And a copper wiring 140a is formed in the trench 121.

이후, 상기 층간 절연막(120) 및 구리 배선(140a) 전면을 DHF 를 이용하여 세정함으로써 잔존할 수 있는 Ti를 모두 제거한다.Thereafter, the entire surface of the interlayer insulating layer 120 and the copper wiring 140a is cleaned using DHF to remove all remaining Ti.

실시예는 Ti막을 이용하여 구리 배선들의 계면에서 발생되는 어드히젼 문제 또는 보이드 등의 문제를 방지할 수 있으며, 구리막 계면에 있는 산소가 구리 그레인 바운더리를 따라 확산하여 확산방지막의 Ta와 결합되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.The embodiment can prevent problems such as an adhesion problem or voids occurring at the interface of the copper wirings using a Ti film, and oxygen at the copper film interface is diffused along the copper grain boundary to be combined with Ta of the diffusion barrier. There is an effect that can be minimized.

실시예는 반도체 소자에서 구리 금속 배선의 구리 확산 방지막의 특성을 개선하는 효과가 있다.The embodiment has the effect of improving the characteristics of the copper diffusion barrier of the copper metal wiring in the semiconductor device.

실시예는 구리 금속 배선 상에 형성되는 확산 방지막에 Ti막을 추가하여 전자 이탈(EM : electromigration) 을 방지하는 효과가 있다.The embodiment has an effect of preventing the electron migration (EM) by adding a Ti film to the diffusion barrier formed on the copper metal wiring.

또한, 실시예는 구리 인터커넥션 구조로서 EM(electro migration), SIV(stress induced voiding), SM(stress migration) 등의 문제를 해소하여 전체적인 소자의 퍼포먼스(performance)를 향상시키고 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the embodiment has the effect of improving the performance and reliability of the overall device by solving the problems of electro migration (EM), stress induced voiding (SIV), stress migration (SM), etc. as a copper interconnect structure. have.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although described above with reference to the embodiments, which are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains are not exemplified above without departing from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

도 1 내지 도 7은 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 보여주는 단면도들이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wires in a semiconductor device according to an embodiment.

Claims (9)

기판 상에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the substrate; 상기 절연막에 비아홀 및 상기 비아홀과 연결된 트렌치를 형성하는 단계;Forming a via hole and a trench connected to the via hole in the insulating layer; 상기 비아홀 및 상기 트렌치가 형성된 기판 전면에 제1Ti막을 형성하는 단계;Forming a first Ti film on an entire surface of the substrate on which the via hole and the trench are formed; 상기 제1Ti막 상에 배리어막을 형성하는 단계;Forming a barrier film on the first Ti film; 상기 배리어막이 형성된 상기 비아홀 및 상기 트렌치 내에 구리막을 형성하는 단계;Forming a copper film in the via hole and the trench in which the barrier film is formed; 상기 구리막 상에 제2Ti막을 형성하는 단계; 및Forming a second Ti film on the copper film; And 상기 제2Ti막 및 상기 구리막을 연마하여 상기 절연막의 상면을 드러내는 단계를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선의 제조 방법.Polishing the second Ti film and the copper film to expose an upper surface of the insulating film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1Ti막은 8~12㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선의 제조 방법.The first Ti film is formed to a thickness of 8 ~ 12nm metal manufacturing method of the semiconductor device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배리어막은 상기 제1Ti막 상에 형성된 제1배리어 금속막, 상기 제1배리어 금속막 상에 형성된 제2배리어 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선의 제조 방법.And said barrier film comprises a first barrier metal film formed on said first Ti film, and a second barrier metal film formed on said first barrier metal film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구리막을 형성하는 단계 이후에 제1어닐링 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선의 제조 방법.A first annealing process is performed after the step of forming the copper film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2Ti막은 15~25㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선의 제조 방법.The second Ti film is formed to a thickness of 15 ~ 25nm method of manufacturing a metal wiring of the semiconductor device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1Ti막은 저온 CVD법으로 형성하며, 상기 제2Ti막은 PVD법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선의 제조 방법.The first Ti film is formed by a low temperature CVD method, and the second Ti film is formed by a PVD method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2Ti막을 형성하는 단계 이후에 제2어닐링 공정을 수행하며, 상기 제2어닐링 공정은 질소 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선의 제조 방법.A second annealing process is performed after the step of forming the second Ti film, and the second annealing process is performed in a nitrogen atmosphere. 기판 상에 형성되며, 비아홀 및 상기 비아홀과 연결된 트렌치가 형성된 절연 막;An insulating film formed on the substrate and having a via hole and a trench connected to the via hole; 상기 비아홀 및 트렌치의 내벽을 따라 형성된 제1Ti막;A first Ti film formed along the inner wall of the via hole and the trench; 상기 제1Ti막 상에 적층된 제1배리어막 및 제2배리어막; 및A first barrier film and a second barrier film stacked on the first Ti film; And 상기 제2배리어막 상에 형성되며 상기 비아홀 및 상기 트렌치 내에 형성된 구리 배선을 포함하는 반도체 소자의 금속 배선.And a copper wiring formed on the second barrier film and formed in the via hole and the trench. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1Ti막은 상기 기판에 형성된 구리 배선과 접촉한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선.And the first Ti film is in contact with a copper wiring formed on the substrate.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013126458A1 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Skyworks Solutions, Inc. Improved structures, devices and methods releated to copper interconnects for compound semiconductors
US8878362B2 (en) 2012-02-24 2014-11-04 Skyworks Solutions, Inc. Copper interconnects having a titanium—titanium nitride assembly between copper and compound semiconductor
US9443803B2 (en) 2012-02-24 2016-09-13 Skyworks Solutions, Inc. Devices and methods related to a sputtered titanium tungsten layer formed over a copper interconnect stack structure
US9553049B2 (en) 2012-02-24 2017-01-24 Skyworks Solutions, Inc. Copper interconnects having a titanium-platinum-titanium assembly between copper and compound semiconductor
US9576906B2 (en) 2012-02-24 2017-02-21 Skyworks Solutions, Inc. Methods related to a sputtered titanium tungsten layer formed over a copper interconnect stack structure

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