KR0147682B1 - 반도체 소자의 금속배선 제조방법 - Google Patents

반도체 소자의 금속배선 제조방법

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 금속배선 제조방법에 관한 것으로, 특히 구리(Cu)금속층의 산화를 방지하기 위한 금속배선 제조방법이다.
이와같은 본 발명의 반도체 금속배선 제조방법은 기판상에 트렌치형 절연층을 형성하는 공정,상기 트렌치형 절연층내에 구리(Cu)금속층을 형성하는 공정,상기 구리(Cu)금속층상에 알루미늄(Al) 산화방지막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 소자의 금속배선 제조방법
제1도는 종래의 반도체 소자의 금속배선 공정단면도.
제2도는 종래의 금속배선에 따른 산소 농도 분포도.
제3도는 본 발명 제1실시예의 반도체 소자의 금속배선 공정단면도.
제4도는 본 발명 제2실시예의 반도체 소자의 금속배선 공정단면도.
제5도는 본 발명 제3실시예의 반도체 소자의 금속배선 공정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체기판 2 : 구리금속층
3 : 알루미늄(Al) 산화방지막 4 : 타금속층
5 : 절연막
본 발명은 반도체 소자의 금속배선에 관한 것으로, 특히 구리(Cu) 금속층의 산화를 방지하는데 적당하도록 한 반도체 소자의 금속배선 제조방법에 관한 것이다.
ULSI(Ultra Larged Scale Integration)급 금속선에서는 알루미늄(Al)보다 내식성이 좋고, 비저항이 낮으며, 전자 이동 (electro-migration)특성이 우수한 구리(Cu)를 사용하고 있다.
이와같은 구리(Cu)의 확산방지층을 형성하기 위한 종래의 반도체 소자의 금속배선제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 반도체 소자의 금속배선 공정단면도이고, 제2도는 종래의 반도체 소자 금속배선에 따른 산소 농도 분포도로써, 종래 반도체 소자의 금속배선은 구리(Cu)와 상호 고용도(solid solubility)가 낮고, 상호 확산속도가 느리며, 산소 확산이 억제되는 안정한 상태의 화합물(TiN, TiW, TiWN) 또는 단일원소(Ti, C2)를 구리(Cu)금속층으로 사용하여 형성하였다.
제1도와 같이 절연막이 형성된 반도체 기판(1)상의 전면에 배선 형성용 금속으로서 구리(Cu)를 증착하고 금속패턴(금속배선) 마스크로 이용한 사진 식각공정으로 금속을 패터닝하여 구리금속층(2)을 형성한 다음, 전면에 500Å 이하 정도 두께의 산화방지용 절연막을 증착하고 산화방지막 패턴 마스크로 이용한 포토-에칭 공정으로 상기 산화반지용 절연막을 선택적으로 제거하여 산화방지막을 형성한다.
이때 산화방지막은 Ti 화합물(TiN, TiW, TiWN) 또는 단일원소(Ti, C2)로 형성하고 대기 또는 산소 분위기에서 열처리를 하는 동안 산소(O2)가 산화방지막을 뚫고 구리금속층(Cu)(2)까지 확산을 막아주게 된다.
즉, 제2도에서 나타낸 바와같이 대기 또는 산소(O2)분위기에서 열처리를 하면 상기 산화방지막의 형성 두께(500Å 이하)에 의해 산소(O2)가 구리(Cu)금속층(2)까지 확산된 것을 막아주게 된다.
이와 같이 종래의 반도체 소자 금속배선 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째는 두 스텝(step)이상 반복되는 마이크 공정으로 금속배선 제조공정이 복잡하다.
둘째는 산화방지막 형성시 화합물(TiN, TiW, TiWN)로 사용함에 따라 배선 금속과 기판에 증착하는데 어려움이 발생하게 된다.
셋째는 구리(Cu)금속층의 산화방지를 위해 500Å 이하 정도의 두꺼운 방지막을 형성함에 따라 소자의 집적도와 전기적인 특성을 저하시키는 문제점이 발생하게 된다.
이에 본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써 구리(Cu)금속층의 산화방지층을 형성시 공정의 단순화와 전기적 특성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속배선 제조방법은 기판상에 트렌치형 절연층을 공정,상기 트렌치형 절연층내에 구리(Cu)금속층을 형성하는 공정,상기 구리(Cu)금속층삭에 알루미늄(Al) 산화방지막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 반도체 금속배선 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명 제1실시예의 금속배선 공정단면도로써, 반도체 기판(1)상에 전면에 구리(Cu) 박막층을 증착하고 금속패턴(금속배선) 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 구리(Cu)박막층을 패터닝하여 구리(Cu) 금속층(2)을 형성한다.
이어서 상기 전면에 100Å 이하 정도의 두께로 알루미늄(Al) 박막층을 형성하고 선택적으로 식각하여 상기 구리(Cu)금속층(2)상에 알루미늄(Al) 산화방지막(3)을 형성한다.
이때 다른 방법으로는, 상기 반도체 기판(1)상에 형성된 구리(Cu)금속층(2)에 선택적 화학증착법(Selective CVD)으로 알루미늄 산화방지막(3)을 형성함으로써 반도체 금속 배선을 완성한다.
한편 제4도는 본 발명 제2실시예의 반도체 금속배선 공정단면도로써, 반도체 기판(1) 전면에 100Å 이상 정도 두께로 타금속박막층을 증착하고 금속패턴 마스크를 이용한 사진 식각공정으로 상기 타금속박막층을 패터닝하여 타금속층(4)을 형성한다.
이때, 선택적 화학증착법으로 상기 타금속층(4)상에 구리(Cu)금속층(2)을 형성하고, 상기 구리금속층(2)에는 선택적 화학증차법으로 알루미늄(Al)산화방지막(3)을 형성함으로써 반도체 금속배선을 완성한다.
그리고 제5도는 본 발명 제3실시예의 금속배선 공정단면도로써 반도체 기판(1) 전면에 절연막(5)을 형성하고 포토-에칭 공정으로 노출된 상기 절연막(5)을 선택적으로 제거한 다음 금속패턴 마스크로 1차 구리(Cu)금속층(2) 형성영역을 정의하고 상기 정의된 절연막(5)을 일정 깊이로 선택적 시각한다.
이때, 일정 깊이로 식각된 절연막(5)을 트렌치(trench)형 구조를 갖게 된다.
이어서 상기 절연막(5)홀내에 다마시인(Damascene)법으로 구리(Cu)금속층(2)을 형성한 다음 선택적 화학증착법으로 상기 구리(Cu)금속층(2)상에 알루미늄 산화방지막(3)을 형성함으로써 반도체 금속배선을 완성한다.
이와 같이 설명한 본 발명의 반도체 소자의 금속배선 제조방법에 있어서 다음과 같은 효과가 있다.
첫째는 선택적 화학증착법으로 알루미늄 산화방지막을 형성함에 따라 공정이 간단하다.
둘째는 100Å 이하 정도의 알루미늄 산화방지막을 형성함으로써, 소자의 전기적인 특성이 향상된다.

Claims (2)

  1. 기판상에 트렌치형 절연층을 형성하는 공정, 상기 트렌치형 절연층내에 구리(Cu)금속층을 형성하는 공정, 상기 구리(Cu)금속층상에 알루미늄(Al) 산화방지막을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 금속배선 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 알루미늄(Al) 산화방지막 형성공정을 선택적 화학증착법으로 형성함을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 제조방법.
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