KR100341849B1 - Method of forming a metal wiring in a semiconductor device - Google Patents

Method of forming a metal wiring in a semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
KR100341849B1
KR100341849B1 KR1019990048752A KR19990048752A KR100341849B1 KR 100341849 B1 KR100341849 B1 KR 100341849B1 KR 1019990048752 A KR1019990048752 A KR 1019990048752A KR 19990048752 A KR19990048752 A KR 19990048752A KR 100341849 B1 KR100341849 B1 KR 100341849B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copper
forming
layer
plasma processing
hydrogen
Prior art date
Application number
KR1019990048752A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20010045454A (en
Inventor
표성규
Original Assignee
박종섭
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박종섭, 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 박종섭
Priority to KR1019990048752A priority Critical patent/KR100341849B1/en
Priority to TW89123263A priority patent/TW486746B/en
Priority to JP2000337605A priority patent/JP2001144094A/en
Publication of KR20010045454A publication Critical patent/KR20010045454A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100341849B1 publication Critical patent/KR100341849B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • H01L21/76883Post-treatment or after-treatment of the conductive material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L21/28556Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76814Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics post-treatment or after-treatment, e.g. cleaning or removal of oxides on underlying conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76853Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
    • H01L21/76855After-treatment introducing at least one additional element into the layer
    • H01L21/76856After-treatment introducing at least one additional element into the layer by treatment in plasmas or gaseous environments, e.g. nitriding a refractory metal liner

Abstract

본 발명은 금속 배선 재료로 구리를 사용하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 물리기상증착(PVD)법이나 전기도금(Electroplating)법으로 매립하기 어려운 초 미세 배선 구조에 구리를 화학기상증착(CVD)법으로 매립할 때, 구리의 접착(adhesion) 특성을 향상시키기 위하여, 초 미세 다마신 패턴에 배리어 금속층(barrier metal layer)을 형성한 후, 배리어 금속층에 존재하는 미세 산화물(oxide), 질화물(nitride) 등과 같은 계면 불순물(interfacial impurity)을 리모트 플라즈마 및/또는 챔버 플라즈마 처리하여 제거하는 금속 배선 형성 방법에 관하여 기술된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming metal wirings in semiconductor devices using copper as a metal wiring material. In order to improve the adhesion characteristics of copper when buried by the (CVD) method, after forming a barrier metal layer on the ultra fine damascene pattern, fine oxides present in the barrier metal layer, A method for forming metal wirings in which interfacial impurity such as nitride and the like is removed by remote plasma and / or chamber plasma treatment is described.

Description

반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 {Method of forming a metal wiring in a semiconductor device}Method of forming a metal wiring in a semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 화학기상증착(CVD)법에 의한 구리의 접착(adhesion) 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming metal wirings in semiconductor devices, and more particularly, to a method for forming metal wirings in semiconductor devices capable of improving the adhesion characteristics of copper by chemical vapor deposition (CVD).

일반적으로, 반도체 소자에서 금속 배선을 형성함에 있어서, 구리 박막은 알루미늄 박막에 비해 녹는점이 높아 전기적 이동(electro-migration; EM)에 대한 저항이 커서 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키고, 비저항 약 1.7μΩcm정도로 낮아 신호전달 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서 구리 박막의 형성 기술은 고속 소자 및 고집적 소자에서 필요한 기술이다.In general, in forming a metal wiring in a semiconductor device, a copper thin film has a higher melting point than an aluminum thin film, and thus has a high resistance to electro-migration (EM), thereby improving reliability of the semiconductor device and having a specific resistance of about 1.7 μmcm. Low to increase the signaling rate. Therefore, the technology of forming a copper thin film is a necessary technology for high speed devices and high integration devices.

차세대 반도체 소자의 급격한 고성능화 추세로 인하여 콘택 크기의 감소와 급격한 단차(aspect ratio)의 증가로 인하여 우수한 단차 피복성(Step coverage) 및 우수한 콘택 매립이 요구된다. 현재의 추세는 타이타늄(Ti) 박막 증착 후 알루미늄(A1) 박막을 물리기상증착(PVD)법 및 화학기상증착(CVD)법이 사용되는 방법과, 구리의 확산 방지막으로 물리기상증착법으로 증착된 Ta, TaN을 이용한 전기도금법으로 구리(Cu)를 증착하는 방법이 적용되고 있는 추세이다. 그러나, 전자의 경우는 알루미늄 박막이 구리 박막보다 저항이 높아서 차세대 고성능 반도체 소자의 적용에는 문제점을 가지고 있으며, 후자의 경우 콘택 크기의 급격한 감소 및 단차의 증가는 전기도금법을 이용한 구리 증착이 한계에 부딪치는 문제점이 있으며, 따라서 알루미늄 배선 및 전기 도금을 이용한 구리 배선의 적용은 차세대 반도체 소자에 많은 문제점을 가지고 있다.Due to the rapid performance trend of next-generation semiconductor devices, excellent step coverage and excellent contact filling are required due to a decrease in contact size and a sudden increase in aspect ratio. Current trends include physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) of aluminum (A1) thin films after deposition of titanium (Ti) thin films, and Ta deposited by physical vapor deposition as a copper diffusion barrier. , A method of depositing copper (Cu) by an electroplating method using TaN is being applied. However, in the former case, the aluminum thin film has higher resistance than the copper thin film, and thus there is a problem in the application of the next-generation high-performance semiconductor device. There is a problem, and therefore, the application of copper wiring using aluminum wiring and electroplating has many problems in next-generation semiconductor devices.

또한, 초 미세 배선 구조에 화학기상증착법으로 구리를 매립할 경우 현재까지 가장 큰 문제점으로 지적되고 있는 것은 화학기상증착법에 의한 박막의 접착(adhesion) 문제이다. 접착이 매우 취약할 경우에는 후속 공정에 상당한 문제점을 야기시켜 구리 금속 배선의 불량을 초래하게 된다. 따라서, 화학기상증착법으로 형성된 구리 박막이 반도체 소자에 적용되기 위해서는 접착 문제가 개선되어야 한다. 통상적으로 구리층을 형성하기 전에 Ta, TaN, TiN과 같은 물질을 사용하여 배리어 메탈층(barrier metal layer)을 형성하고 있는데, 이때 역시 접착이 큰 문제로 지적되고 있다.In addition, when the copper is buried in the ultra fine wiring structure by the chemical vapor deposition method, the biggest problem so far is pointed out the problem of adhesion of the thin film by the chemical vapor deposition method. If the adhesion is very weak, it will cause significant problems in subsequent processes, resulting in poor copper metal wiring. Therefore, in order for the copper thin film formed by chemical vapor deposition to be applied to a semiconductor device, the adhesion problem should be improved. Typically, before forming the copper layer, a barrier metal layer is formed using a material such as Ta, TaN, TiN, and at this time, the adhesion is also pointed out as a big problem.

구리층의 접착 문제를 개선하기 위하여 여러 가지 방법이 시도되고 있는데, 다음의 방법들이 주로 시도되고 있다. 첫째, 화학기상증착법으로 구리층을 형성한 후에 300 내지 400℃ 정도에서 열처리하는 방법인데, 이 방법은 계면 불순물(interfacial impurity)을 감소시키는 효과는 있으나, 생산성( throughput)이 문제가 되며, 또한 저유전율 유전체(low k dielectrics)를 사용할 경우에 인터그레이션(integration) 문제를 야기하기 때문에 적적한 해결책(optimal solution)이 아니다. 둘째, 화학기상증착법으로 구리층을 증착하기 전에 첨가제를 첨가하는 방법이나, 전구체(precursor)를 새롭게 개발하는 방법이 있는데, 이 방법들은 뚜렷한 개선책이 되지 못하고 있다. 최근에는 화학기상증착법으로 구리층을 증착하기 전에 물리기상증착법으로 구리 시드층을 먼저 형성한 다음 화학기상증착법으로 구리층을 형성하는 방법이 하나의 개선책으로 제시되고 있다.Various methods have been tried to improve the adhesion problem of the copper layer, and the following methods have been mainly attempted. First, after the copper layer is formed by chemical vapor deposition, the heat treatment is performed at about 300 to 400 ° C. This method has the effect of reducing interfacial impurity, but the productivity is a problem. The use of low k dielectrics is not an optimal solution because it causes integration problems. Second, there is a method of adding an additive before depositing a copper layer by chemical vapor deposition, or a method of newly developing a precursor, which is not a clear improvement. Recently, a method of forming a copper seed layer by physical vapor deposition and then forming a copper layer by chemical vapor deposition has been proposed as an improvement before depositing a copper layer by chemical vapor deposition.

따라서, 본 발명은 화학기상증착법만으로 구리층을 형성하되, 구리의 접착 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a metal wiring of a semiconductor device capable of forming a copper layer using only chemical vapor deposition, and improving the adhesion characteristics of copper.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법은 하지층이 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막에 다마신 패턴을 형성한 후, 클리닝 공정을 실시하는 단계; 상기 다마신 패턴을 포함한 상기 층간 절연막 표면을 따라 배리어 금속층을 형성하는 단계; 상기 배리어 금속층의 표면에 생성된 계면 불순물층을 제거하기 위하여 플라즈마 처리하는 단계; 화학기상증착법으로 상기 다마신 패턴을 구리로 매립시켜 구리층을 형성하는 단계; 및 상기 구리층을 수소환원 열처리한 후에 화학적 기계적 연마 처리하여 구리 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Method for forming a metal wiring of the semiconductor device according to the present invention for achieving this object comprises the steps of forming an interlayer insulating film on a substrate on which the base layer is formed; Forming a damascene pattern on the interlayer insulating film, and then performing a cleaning process; Forming a barrier metal layer along a surface of the interlayer insulating film including the damascene pattern; Plasma treatment to remove the interfacial impurity layer formed on the surface of the barrier metal layer; Filling the damascene pattern with copper by chemical vapor deposition to form a copper layer; And chemically polishing the copper layer after the hydrogen reduction heat treatment to form a copper metal wire.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of a device for explaining a method of forming metal wirings in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11: 기판 12: 하지층11: substrate 12: base layer

13: 층간 절연막 14: 다마신 패턴13: interlayer insulating film 14: damascene pattern

15: 배리어 금속층 16: 계면 불순물층15: barrier metal layer 16: interface impurity layer

17: 구리층 170: 구리 금속 배선17: copper layer 170: copper metal wiring

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views of devices for describing a method for forming metal wirings in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 기판(11) 상에 하지층(12)을 형성한다. 하지층(12)을 포함한 전체 구조상에 층간 절연막(13)을 형성한 후, 다마신 식각(damascene etch) 공정으로 비아 콘택홀 및 트렌치로 이루어진 다마신 패턴(14)을 형성한다. 클리닝(cleaning) 공정을 실시한 후, 다마신 패턴(14)을 포함한 층간 절연막(13) 표면을 따라 배리어 금속층(16)을 형성한다. 배리어 금속층(16)의 표면에는 공정 및 외부 요인에 의해 산화물(oxide), 질화물(nitride) 등과 같은 불순물로 된 계면 불순물층(16)이 생성된다.Referring to FIG. 1A, an underlayer 12 is formed on a substrate 11 on which various elements for forming a semiconductor device are formed. After the interlayer insulating layer 13 is formed on the entire structure including the base layer 12, a damascene pattern 14 including a via contact hole and a trench is formed by a damascene etch process. After the cleaning process, the barrier metal layer 16 is formed along the surface of the interlayer insulating film 13 including the damascene pattern 14. On the surface of the barrier metal layer 16, an interface impurity layer 16 made of impurities such as oxide, nitride, etc. is formed by a process and external factors.

상기에서, 하지층(12)은 폴리실리콘 구조, 폴리사이드 구조, W, A1, Cu,등과 같은 금속 구조로 된 전도성 패턴이다. 층간 절연막(13)은 낮은 유전 상수를 갖는 유전체물질을 이용하여 형성된다. 다마신 패턴(14)을 형성한 후에 실시하는 클리닝 공정은 하지층(12)이 W, A1등의 금속일 경우에는 고주파 플라즈마(RF Plasma)를 이용하며, 하지층(12)이 Cu일 경우에는 반응성 클리닝(reactive cleaning) 방법을 적용한다. 배리어 금속층(15)은 이온화(ionized) PVD, CVD, MOCVD TiN 박막이나, 이온화(ionized) PVD Ta, TaN, CVD Ta, TaN, WN 박막중 어느 하나로 형성한다. 계면 불순물층(16)은 화학기상증착법으로 구리층을 증착할 때, 구리층의 접착 특성을 저하시키는 것으로 알려져 있다.In the above, the base layer 12 is a conductive pattern of a metal structure such as polysilicon structure, polyside structure, W, A1, Cu, and the like. The interlayer insulating film 13 is formed using a dielectric material having a low dielectric constant. After the damascene pattern 14 is formed, the cleaning process is performed using RF plasma when the base layer 12 is made of metal such as W or A1, and when the base layer 12 is Cu. Reactive cleaning method is applied. The barrier metal layer 15 is formed of any one of ionized PVD, CVD, and MOCVD TiN thin films, or ionized PVD Ta, TaN, CVD Ta, TaN, and WN thin films. The interfacial impurity layer 16 is known to reduce the adhesive properties of the copper layer when the copper layer is deposited by chemical vapor deposition.

도 1b를 참조하면, 후에 실시될 화학기상증착법에 의한 구리층 형성시에 구리층의 접착 특성을 개선하기 위하여, 계면 불순물층(16)을 플라즈마 처리 방법으로 제거한다.Referring to FIG. 1B, in order to improve adhesion characteristics of the copper layer at the time of forming the copper layer by chemical vapor deposition, which will be performed later, the interface impurity layer 16 is removed by a plasma treatment method.

상기에서 플라즈마 처리 방법은 리모트 플라즈마(Remote Plasma) 처리 방법, 챔버 플라즈마(Chamber Plasma) 처리 방법, 리모트 플라즈마 처리와 챔버 플라즈마 처리를 병행하는 방법중 어느 하나를 적용하는데, 그 조건은 다음과 같다.The plasma processing method may be any one of a remote plasma processing method, a chamber plasma processing method, a method of performing a remote plasma processing and a chamber plasma processing in parallel, and the conditions are as follows.

첫째, 리모트 플라즈마 처리 방법은 리모트 플라즈마의 전력(power)을 50 내지 700W의 범위로 하고, 사용 가스를 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나를 사용하되, 그 유량을 50 내지 500 sccm으로 유지하며, 웨이퍼온도를 150 내지 350℃로 유지하고, 웨이퍼와 샤워 헤드의 간격을 20 내지 50mm로 하며, 챔버 압력을 0.3 내지 2 Torr로 하여 10초-10분 동안 처리 한다.First, in the remote plasma processing method, the power of the remote plasma is in the range of 50 to 700 W, and the gas used is at least one of hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and helium (He). Using one, the flow rate is maintained at 50 to 500 sccm, the wafer temperature is maintained at 150 to 350 ℃, the distance between the wafer and the shower head is 20 to 50mm, the chamber pressure is 0.3 to 2 Torr 10 Handle for 10-10 minutes.

사용 가스로 혼합 가스를 사용할 경우 아르곤 5 내지 95% 및 수소 5 내지 95%로 하여 이용하여 스퍼터링(sputtering)하는 방법을 포함한다.In the case of using the mixed gas as the working gas, a method of sputtering by using 5 to 95% of argon and 5 to 95% of hydrogen is included.

한편, 리모트 플라즈마 처리 방법은 단일 스텝 및 다단계 스텝의 이용이 가능한데, 단일 스텝을 이용하는 경우는 사용 가스로 단일 가스 및 혼합 가스의 사용이 가능하며, 다단계 스텝을 이용하는 경우는 먼저 아르곤 단일 가스를 이용하거나 혼합 가스를 이용하여 처리한 후, 수소 가스를 이용하여 최종 처리를 하는 주기를 1 내지 10회 반복하는 과정을 포함한다.In the remote plasma processing method, a single step and a multi-step step may be used. When using a single step, a single gas and a mixed gas may be used as the used gas, and when using a multi-step step, a single argon single gas may be used. After the treatment using the mixed gas, a cycle of performing the final treatment using hydrogen gas is repeated 1 to 10 times.

둘째, 챔버 플라즈마 처리 방법은 챔버 플라즈마 전력을 50 내지 700W의 범위로 하고, 사용 가스를 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나를 사용하되, 그 유량을 50 내지 500 sccm으로 유지하며, 웨이퍼 온도를 150 내지 350℃로 유지하고, 웨이퍼와 샤워 헤드의 간격을 20 내지 50mm로 하며, 챔버 압력을 0.3 내지 2 Torr로 하여 10초-10분 동안 처리 한다.Second, the chamber plasma treatment method is a chamber plasma power in the range of 50 to 700W, using at least one of hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He). The flow rate is maintained at 50 to 500 sccm, the wafer temperature is maintained at 150 to 350 ° C., the gap between the wafer and the shower head is 20 to 50 mm, and the chamber pressure is 0.3 to 2 Torr for 10 seconds to 10 minutes. Should be handled during.

사용 가스로 혼합 가스를 사용할 경우 아르곤 5 내지 95% 및 수소 5 내지 95%로 하여 이용하여 스퍼터링(sputtering)하는 방법을 포함한다.In the case of using the mixed gas as the working gas, a method of sputtering by using 5 to 95% of argon and 5 to 95% of hydrogen is included.

셋째, 챔버 플라즈마 처리 및 리모트 플라즈마 처리를 병행하는 방법은 먼저 챔버 플라즈마 처리를 한 후에 리모트 플라즈마 처리를 시행하는데, 단일 스텝 및 다단계 스텝의 이용이 가능하다. 이때, 챔버 플라즈마 처리 및 리모트 플라즈마 처리 각각의 조건은 전술한 각 플라즈마 처리 조건과 같다.Third, the chamber plasma process and the remote plasma process are performed in parallel, and the chamber plasma process is performed first, and then the remote plasma process is performed. A single step and a multi-step step can be used. At this time, the conditions of the chamber plasma processing and the remote plasma processing are the same as the above-mentioned respective plasma processing conditions.

도 1c를 참조하면, 플라즈마 처리하여 계면 불순물층(16)을 제거한 후, 화학기상증착법으로 다마신 패턴(14)을 구리로 매립시켜 구리층(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, after the plasma impurity layer 16 is removed, the damascene pattern 14 is embedded with copper to form a copper layer 17 by chemical vapor deposition.

상기에서, 구리 매립은 (hfac)CuVTMOS계열, (hfac)CuTMVS계열, (hfac)CuDMB계열과 같은 hfac를 이용한 모든 종류의 구리 전구체를 이용하여 DLI(Direct Liquid Injection), CEM, 오리피스(Orifice)와 스프레이(Spray) 방식의 모든 기화기(vaporizer)에 적용이 가능하며, 이를 이용한 금속 유기 화학기상증착(MOCVD)법으로 구리 증착을 한다.In the above, the copper buried using all kinds of copper precursors using hfac, such as (hfac) CuVTMOS series, (hfac) CuTMVS series, (hfac) CuDMB series, DLI (Direct Liquid Injection), CEM, Orifice (Orifice) and It is applicable to all vaporizers of the spray method, and copper deposition is performed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using the same.

금속 유기 화학기상증착법에 의한 증착 조건은 구리 전구체를 0.1 내지 5.0 sccm의 유량비로 유지하고, 캐리어 가스를 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나를 사용하되, 그 유량을 100 내지 700 sccm으로 유지하며, 반응챔버의 온도를 기화기의 온도와 같게 유지하며, 샤워 헤드의 온도가 일정하게 유지 되도록 하고, 증착 온도를 150 내지 300℃로 유지하며, 서셉터 플레이트(susceptor)와 샤워 헤드의 간격을 20 내지 50mm로 하며, 챔버 압력을 0.5 내지 5 Torr로한다.The deposition conditions by the metal organic chemical vapor deposition method is to maintain the copper precursor at a flow rate of 0.1 to 5.0 sccm, using a carrier gas of at least one of hydrogen (H 2 ), argon (Ar), helium (He), Maintaining a flow rate of 100 to 700 sccm, keeping the temperature of the reaction chamber equal to the temperature of the vaporizer, keeping the temperature of the shower head constant, maintaining the deposition temperature at 150 to 300 ° C, and susceptor plates ) And the shower head is 20 to 50 mm, and the chamber pressure is 0.5 to 5 Torr.

도 1d를 참조하면, 구리층(17)을 수소환원 열처리한 후에 화학적 기계적 연마(CMP) 처리 및 후 세정(post-cleaning)을 실시하여 다마신 패턴(14) 내에 구리 금속 배선(170)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, after the hydrogen reduction heat treatment of the copper layer 17, chemical mechanical polishing (CMP) and post-cleaning are performed to form the copper metal wiring 170 in the damascene pattern 14. do.

상기에서, 수소환원 열처리는 수소 환원분위기에서 상온 내지 450℃의 온도에서 1분 내지 3시간 열처리를 하여 구리층(17)의 그레인 조직(grain morphology)을 바꾸는 과정인데, 이때의 수소 환원분위기는 수소(H2) 만을 사용하거나, H2+Ar(0-95%), H2+N2(0-95%)등과 같은 수소 혼합기체를 사용한다.In the above, the hydrogen reduction heat treatment is a process of changing the grain morphology of the copper layer 17 by performing a heat treatment for 1 minute to 3 hours at a temperature of from room temperature to 450 ° C. in a hydrogen reduction atmosphere. Use only (H 2 ) or a hydrogen mixed gas such as H 2 + Ar (0-95%), H 2 + N 2 (0-95%).

상기한 본 발명의 실시예는 물리기상증착법이나 전기도금(Electroplating)법으로 매립하기 어려운 초 미세 배선 구조에 구리를 화학기상증착(CVD)법으로 매립할 때, 단일 화학기상증착 챔버(CVD chamber)에서 구리층의 접착 특성을 개선하기 위하여, 리모트 플라즈마 장치를 이용하여 화학기상증착법으로 구리층을 증착하기 전에 배리어 금속층의 표면에 계면 불순물층을 제거하는 플라즈마 처리하는 것이다. 플라즈마 처리는 리모트 플라즈마 및/또는 챔버 플라즈마 처리 방법을 적용한다.The embodiment of the present invention described above is a single chemical vapor deposition chamber (CVD chamber) when copper is buried in a very fine wiring structure that is difficult to be buried by physical vapor deposition or electroplating. In order to improve the adhesion characteristics of the copper layer, the plasma treatment is performed to remove the interfacial impurity layer on the surface of the barrier metal layer before depositing the copper layer by chemical vapor deposition using a remote plasma apparatus. Plasma processing applies a remote plasma and / or chamber plasma processing method.

상술한 바와 같이, 본 발명은 물리기상증착법이나 전기도금법으로 매립하기 어려운 초 미세 배선 구조에 구리를 화학기상증착법으로 매립할 때 발생되는 구리층의 접착 특성 문제를 개선시키므로, 기존의 물리기상증착법으로 구리 시드층(seed layer) 형성 공정을 생략할 수 있고, 화학기상증착법으로만 구리 금속 배선을 형성가능하게 하여 공정을 용이하게 할 수 있다.As described above, the present invention improves the problem of adhesion characteristics of the copper layer generated when the copper is buried in the chemical vapor deposition method in the ultra fine wiring structure that is difficult to be embedded by the physical vapor deposition method or the electroplating method. The copper seed layer forming process can be omitted, and the copper metal wiring can be formed only by chemical vapor deposition to facilitate the process.

Claims (14)

하지층이 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on the substrate on which the underlayer is formed; 상기 층간 절연막에 다마신 패턴을 형성한 후, 클리닝 공정을 실시하는 단계;Forming a damascene pattern on the interlayer insulating film, and then performing a cleaning process; 상기 다마신 패턴을 포함한 상기 층간 절연막 상부에 배리어 금속층을 형성하는 단계;Forming a barrier metal layer on the interlayer insulating layer including the damascene pattern; 플라즈마 처리를 실시하여 상기 배리어 금속층의 표면에 생성된 계면 불순물층을 제거하는 단계;Performing a plasma treatment to remove the interfacial impurity layer formed on the surface of the barrier metal layer; 화학기상증착법으로 상기 다마신 패턴을 구리로 매립시켜 구리층을 형성하는 단계; 및Filling the damascene pattern with copper by chemical vapor deposition to form a copper layer; And 상기 구리층을 수소환원 열처리한 후에 화학적 기계적 연마 처리하여 구리 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.And forming a copper metal wiring by chemical mechanical polishing after the hydrogen reduction heat treatment of the copper layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하지층은 폴리실리콘 구조, 폴리사이드 구조, W, A1, Cu과 같은 금속 구조로 된 전도성 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The base layer is a polysilicon structure, a polyside structure, a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that the conductive pattern of a metal structure such as W, A1, Cu. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 층간 절연막은 낮은 유전 상수를 갖는 유전체물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.And the interlayer insulating layer is formed using a dielectric material having a low dielectric constant. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 클리닝 공정은 상기 하지층이 W, A1과 같은 금속일 경우에는 고주파 플라즈마를 이용하며, 상기 하지층이 Cu일 경우에는 반응성 클리닝 방법을 적용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The cleaning process uses a high frequency plasma when the base layer is a metal such as W and A1, and a reactive cleaning method is applied when the base layer is Cu. 제 1 항에 있어서,]The method of claim 1, wherein 상기 배리어 금속층은 이온화 PVD, CVD, MOCVD TiN 박막이나, 이온화 PVD Ta, TaN, CVD Ta, TaN, WN 박막중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The barrier metal layer is formed of an ionized PVD, CVD, or MOCVD TiN thin film, or an ionized PVD Ta, TaN, CVD Ta, TaN, WN thin film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라즈마 처리는 리모트 플라즈마 처리 방법, 챔버 플라즈마 처리 방법, 리모트 플라즈마 처리와 챔버 플라즈마 처리를 병행하는 방법중 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The plasma processing may be any one of a remote plasma processing method, a chamber plasma processing method, and a method of performing a remote plasma processing and a chamber plasma processing at the same time. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 리모트 플라즈마 처리 방법은 리모트 플라즈마의 전력을 50 내지 700W의 범위로 하고, 사용 가스를 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나를 사용하되, 그 유량을 50 내지 500 sccm으로 유지하며, 웨이퍼 온도를 150 내지 350℃로 유지하고, 웨이퍼와 샤워 헤드의 간격을 20 내지 50mm로 하며, 챔버 압력을 0.3 내지 2 Torr로 하여 10초-10분 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.In the remote plasma processing method, the power of the remote plasma is in the range of 50 to 700 W, and the gas used is at least one of hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and helium (He). The flow rate is maintained at 50 to 500 sccm, the wafer temperature is maintained at 150 to 350 ° C., the gap between the wafer and the shower head is 20 to 50 mm, and the chamber pressure is 0.3 to 2 Torr for 10 seconds to 10 minutes. The metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that during processing. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 리모트 플라즈마 처리 방법은 사용 가스로 단일 가스 및 혼합 가스를 사용하여 단일 스텝으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.And the remote plasma processing method is performed in a single step using a single gas and a mixed gas as use gases. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 리모트 플라즈마 처리 방법은 아르곤 단일 가스를 이용하거나 혼합 가스를 이용하여 처리한 후, 수소 가스를 이용하여 최종 처리를 하는 주기를 1 내지 10회 반복하는 다단계 스텝으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The remote plasma processing method may be performed using a single argon gas or a mixed gas, followed by a multi-step step of repeating a cycle of final processing using hydrogen gas 1 to 10 times. How to form metal wiring. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 챔버 플라즈마 처리 방법은 챔버 플라즈마 전력을 50 내지 700W의 범위로 하고, 사용 가스를 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나를 사용하되, 그 유량을 50 내지 500 sccm으로 유지하며, 웨이퍼 온도를 150 내지 350℃로 유지하고, 웨이퍼와 샤워 헤드의 간격을 20 내지 50mm로 하며, 챔버 압력을 0.3 내지 2 Torr로 하여 10초-10분 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.In the chamber plasma processing method, the chamber plasma power is in a range of 50 to 700 W, and the gas used is at least one of hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and helium (He). The flow rate is maintained at 50 to 500 sccm, the wafer temperature is maintained at 150 to 350 ° C., the gap between the wafer and the shower head is 20 to 50 mm, and the chamber pressure is 0.3 to 2 Torr for 10 seconds to 10 minutes. The metal wiring formation method of a semiconductor element characterized by the above-mentioned. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 챔버 플라즈마 처리 및 리모트 플라즈마 처리를 병행하는 방법은 챔버 플라즈마 처리를 한 후에 리모트 플라즈마 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속 배선 형성 방법.The method for performing the chamber plasma treatment and the remote plasma treatment in parallel comprises performing a remote plasma treatment after the chamber plasma treatment. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구리 매립은 (hfac)CuVTMOS계열, (hfac)CuTMVS계열, (hfac)CuDMB계열과 같은 hfac를 이용한 구리 전구체를 이용하여 DLI, CEM, 오리피스와 스프레이 방식의 기화기를 적용하며, 이를 이용한 금속 유기 화학기상증착법으로 구리를 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The copper buried uses a vapor precursor using hfac, such as (hfac) CuVTMOS series, (hfac) CuTMVS series, and (hfac) CuDMB series to apply vaporizers of DLI, CEM, orifice and spray method, and metal organic chemistry using the same. A method for forming metal wirings in a semiconductor device, comprising depositing copper by vapor deposition. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 금속 유기 화학기상증착법에 의한 증착 조건은 구리 전구체를 0.1 내지 5.0 sccm의 유량비로 유지하고, 캐리어 가스를 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나를 사용하되, 그 유량을 100 내지 700 sccm으로 유지하며, 반응 챔버의 온도를 기화기의 온도와 같게 유지하며, 샤워 헤드의 온도가 일정하게 유지 되도록 하고, 증착 온도를 150 내지 300℃로 유지하며, 서셉터 플레이트와 샤워 헤드의 간격을 20 내지 50mm로 하며, 챔버 압력을 0.5 내지 5 Torr로하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The deposition conditions by the metal organic chemical vapor deposition method is to maintain the copper precursor at a flow rate of 0.1 to 5.0 sccm, using a carrier gas of at least one of hydrogen (H 2 ), argon (Ar), helium (He), The flow rate is maintained at 100 to 700 sccm, the temperature of the reaction chamber is kept the same as the temperature of the vaporizer, the temperature of the shower head is kept constant, the deposition temperature is maintained at 150 to 300 ℃, the susceptor plate and A method of forming a metal wiring in a semiconductor device, characterized in that the spacing of the shower heads is 20 to 50 mm and the chamber pressure is 0.5 to 5 Torr. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소환원 열처리는 수소(H2)나, H2+Ar(0-95%), H2+N2(0-95%)와 같은 수소 혼합기체를 사용하여 상온 내지 450℃의 온도에서 1분 내지 3시간 열처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.The hydrogen reduction heat treatment is performed at room temperature to 450 ° C. using a hydrogen mixed gas such as hydrogen (H 2 ), H 2 + Ar (0-95%), or H 2 + N 2 (0-95%). A metal wiring forming method for a semiconductor device, characterized in that heat treatment for minutes to 3 hours.
KR1019990048752A 1999-11-05 1999-11-05 Method of forming a metal wiring in a semiconductor device KR100341849B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990048752A KR100341849B1 (en) 1999-11-05 1999-11-05 Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
TW89123263A TW486746B (en) 1999-11-05 2000-11-04 Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
JP2000337605A JP2001144094A (en) 1999-11-05 2000-11-06 Method of forming metal interconnection for semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990048752A KR100341849B1 (en) 1999-11-05 1999-11-05 Method of forming a metal wiring in a semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010045454A KR20010045454A (en) 2001-06-05
KR100341849B1 true KR100341849B1 (en) 2002-06-26

Family

ID=19618644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990048752A KR100341849B1 (en) 1999-11-05 1999-11-05 Method of forming a metal wiring in a semiconductor device

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2001144094A (en)
KR (1) KR100341849B1 (en)
TW (1) TW486746B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101089249B1 (en) * 2003-09-22 2011-12-05 매그나칩 반도체 유한회사 Semiconductor device and a method of manufacturing the same

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9051641B2 (en) 2001-07-25 2015-06-09 Applied Materials, Inc. Cobalt deposition on barrier surfaces
KR20030051014A (en) * 2001-12-20 2003-06-25 동부전자 주식회사 Method of manufacturing via contact in semiconductor device
KR100445551B1 (en) * 2001-12-21 2004-08-25 동부전자 주식회사 Method of remove a residual metal-oxidation product of a semiconductor device fabrication process
KR100723253B1 (en) * 2005-12-29 2007-05-29 동부일렉트로닉스 주식회사 Fabricating method of metal line in semiconductor device
KR20080113518A (en) 2007-06-25 2008-12-31 주식회사 동부하이텍 Method of manufacturing semiconductor device
KR101225642B1 (en) 2007-11-15 2013-01-24 삼성전자주식회사 Method for formation of contact plug of semiconductor device using H2 remote plasma treatment
US8227344B2 (en) * 2010-02-26 2012-07-24 Tokyo Electron Limited Hybrid in-situ dry cleaning of oxidized surface layers
KR101366367B1 (en) * 2013-01-25 2014-02-24 박종익 Method for forming copper layer of power semiconductor module

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06224193A (en) * 1993-01-26 1994-08-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device and manufacture thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06224193A (en) * 1993-01-26 1994-08-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device and manufacture thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101089249B1 (en) * 2003-09-22 2011-12-05 매그나칩 반도체 유한회사 Semiconductor device and a method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001144094A (en) 2001-05-25
KR20010045454A (en) 2001-06-05
TW486746B (en) 2002-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6605549B2 (en) Method for improving nucleation and adhesion of CVD and ALD films deposited onto low-dielectric-constant dielectrics
US6218301B1 (en) Deposition of tungsten films from W(CO)6
US6413864B1 (en) Method of manufacturing a copper metal wiring in a semiconductor device
US20020068458A1 (en) Method for integrated in-situ cleaning and susequent atomic layer deposition within a single processing chamber
US6136690A (en) In situ plasma pre-deposition wafer treatment in chemical vapor deposition technology for semiconductor integrated circuit applications
US20130292806A1 (en) Methods For Manganese Nitride Integration
KR20090094369A (en) Interconnect structure and method of manufacturing a damascene structure
KR100407680B1 (en) Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
KR100341849B1 (en) Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
JP4936602B2 (en) Method for forming copper metal wiring of semiconductor element
US6465348B1 (en) Method of fabricating an MOCVD titanium nitride layer utilizing a pulsed plasma treatment to remove impurities
JP4790163B2 (en) Method for forming metal wiring of semiconductor element
US20020031912A1 (en) Method of manufacturing a copper wiring in a semiconductor device
US20080207006A1 (en) Process for fabricating an integrated circuit
JP4217012B2 (en) Method for forming metal wiring of semiconductor element
WO2014194199A1 (en) Methods for manganese nitride integration
US6528415B2 (en) Method of forming a metal line in a semiconductor device
JP2002057125A (en) Method of forming metal wiring
KR100612543B1 (en) Method of forming a copper metal wiring in a semiconductor device
KR100459945B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
KR100445411B1 (en) Method of forming metal line of semiconductor device for reducing contact resistance and improving leakage current characteristic
KR100406562B1 (en) Method for forming metal line
KR100612548B1 (en) Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
KR100424389B1 (en) Method for manufacturing a contact/via electrode of semiconductor device
KR100503965B1 (en) Method of forming a diffusion barrier layer in a semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080527

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee