KR100753120B1 - Method for forming teneray diffusion barrier in copper itnerconnection - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘이 함유된 확산방지막의 확산방지저하를 개선시키도록 한 물리기상증착법을 이용한 구리배선의 삼원계 확산방지막 형성 방법에 관한 것으로, 증착챔버내에 로딩된 기판상에 탄탈륨, 텅스텐 그리고 질소로 이루어진 삼원계 질화물을 증착하는 단계; 및 상기 삼원계 질화물을 조밀화시키고 상기 삼원계 질화물의 표면층에 산소를 충진시키기 위한 개질화 공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어진다.
The present invention relates to a method for forming a ternary diffusion barrier film of copper wiring using physical vapor deposition to improve the diffusion barrier of silicon-containing diffusion barrier, wherein tantalum, tungsten and nitrogen are deposited on a substrate loaded in the deposition chamber. Depositing ternary nitrides; And performing a reforming process for densifying the ternary nitride and filling oxygen in the surface layer of the ternary nitride.

구리, 확산방지막, TaWN, TiSiN, PVD, 타겟Copper, Diffusion Barrier, TaWN, TiSiN, PVD, Target

Description

구리배선의 삼원계 확산방지막의 형성 방법{METHOD FOR FORMING TENERAY DIFFUSION BARRIER IN COPPER ITNERCONNECTION} METHODO FOR FORMING TENERAY DIFFUSION BARRIER IN COPPER ITNERCONNECTION}             

도 1은 종래기술에 따른 구리배선의 형성 방법을 도시한 도면,1 is a view showing a method of forming a copper wiring according to the prior art,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TaWN 확산방지막의 증착챔버를 도시한 도면,2 is a view showing a deposition chamber of a TaWN diffusion barrier film according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리배선의 형성 방법을 도시한 도면.
3 is a view showing a method of forming a copper wiring according to an embodiment of the present invention.

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

100 : 반응성 증착챔버 101 : 웨이퍼100: reactive deposition chamber 101: wafer

102 : 웨이퍼지지대 103 : 타겟지지대102: wafer support 103: target support

104 : 탄탈륨 타겟 105 : 텅스텐 타겟104: tantalum target 105: tungsten target

106 : 아르곤가스공급관 107 : 질소가스공급관106: argon gas supply pipe 107: nitrogen gas supply pipe

108 : TaWN108: TaWN

본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 구리배선의 확산방지막(Diffusion barrier)의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a diffusion barrier of copper wiring.

일반적으로 반도체 소자 제조시 소자와 소자간 또는 배선과 배선간을 전기적으로 연결시키기 위해 금속 배선을 사용하고 있다. In general, in the manufacture of semiconductor devices, metal wires are used to electrically connect devices and devices, or wires and wires.

이러한 금속 배선 재료로는 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W)이 널리 사용되고 있으나, 낮은 융점과 높은 비저항으로 인하여 초고집적 반도체 소자에 더이상 적용이 어렵게 되었다. 반도체 소자의 초고집적화에 따라 비저항은 낮고 일렉트로마이그레이션(electromigration; EM) 및 스트레스마이그레이션(stressmigration; SM) 등의 신뢰성이 우수한 물질의 이용이 필요하게 되었으며, 이에 부합할 수 있는 가장 적합한 재료로 구리(Cu)가 최근에 관심의 대상이 되고 있다.Aluminum (Al) or tungsten (W) is widely used as the metal wiring material. However, due to low melting point and high resistivity, it is no longer applicable to ultra-high density semiconductor devices. The ultra-high integration of semiconductor devices has made it necessary to use materials with low specific resistance and highly reliable materials such as electromigration (EM) and stress migration (SM), and copper (Cu) is the most suitable material. ) Has recently been the subject of interest.

구리를 금속배선 재료로 이용하는 이유는, 구리의 녹는점이 1080℃로서 비교적 높을 뿐만 아니라(알루미늄: 660℃, 텅스텐: 3400℃), 비저항은 1.7μΩ㎝로서 알루미늄(2.7μΩ㎝), 텅스텐(5.6μΩ㎝)보다 매우 낮기 때문이다.The reason why copper is used as a metal wiring material is not only that the melting point of copper is relatively high as 1080 ° C. (aluminum: 660 ° C., tungsten: 3400 ° C.), but the specific resistance is 1.7 μm cm, aluminum (2.7 μΩ cm) and tungsten (5.6 μΩ). It is because it is much lower than cm).

그러나, 구리는 실리콘 및 산화물내에서 매우 빠른 확산도를 가지고 있으므로 구리의 확산을 막아줄 확산방지막(Diffusion barrier)이 필요하다.However, since copper has a very fast diffusion rate in silicon and oxide, a diffusion barrier is needed to prevent the diffusion of copper.

이러한 확산방지막으로는 구리와 전혀 반응을 하지 않는 금속 또는 질화물이 이용되며, 구리에 대한 확산방지막의 성능은 단일 내열금속(refractory metal), 이 원계 질화물, 삼원계 질화물의 순서로 우수하다.As the diffusion barrier, a metal or nitride that does not react with copper at all is used. The performance of the diffusion barrier against copper is excellent in the order of a single refractory metal, a binary nitride, and a ternary nitride.

예컨대, Ti, Ta, TiN, WN, TaN, TiSiN, TaSiN을 이용한다.For example, Ti, Ta, TiN, WN, TaN, TiSiN, TaSiN are used.

구리는 오로지 확산에 의해서만 확산하는데, 이것으로부터 구리의 확산을 방지하기 위해서는 확산방지막의 미세 구조를 빠른 확산경로가 없는 비정질(amorphous)로 만드는 것이 유리하다.Copper diffuses only by diffusion, from which it is advantageous to make the microstructure of the diffusion barrier film amorphous without a fast diffusion path.

이러한 관점에서 볼 때, 비정질 삼원계 확산방지막의 성능이 우수함을 알 수 있다.From this point of view, it can be seen that the performance of the amorphous ternary diffusion barrier is excellent.

현재까지 개발된 확산방지막중에서 우수한 확산방지 성능을 보여주는 방지막은 내열금속에 실리콘(Si) 및 질소(N)가 첨가된 삼원계 비정질 질화물이다.Among the diffusion barrier films developed to date, a barrier film showing excellent diffusion barrier performance is a ternary amorphous nitride in which silicon (Si) and nitrogen (N) are added to a heat resistant metal.

도 1은 종래기술에 따라 구리배선을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a copper wiring according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(11)상에 층간절연막(12)을 형성한 후, 층간절연막(12)을 선택적으로 식각하여 실리콘기판(11)의 소정 표면이 노출되는 콘택홀을 형성하고, 콘택홀내에 TiSiN 또는 TaSiN과 같은 삼원계 비정질 질화물(13), 구리막(14)을 매립시켜 구리배선을 형성한다.As shown in FIG. 1, after forming the interlayer insulating film 12 on the silicon substrate 11, the interlayer insulating film 12 is selectively etched to form a contact hole exposing a predetermined surface of the silicon substrate 11. A ternary amorphous nitride 13 such as TiSiN or TaSiN and a copper film 14 are embedded in the contact hole to form a copper wiring.

이 때, 삼원계 비정질 질화물(13)은 구리막(14)내 구리의 확산방지역할을 하는 확산방지막이다.At this time, the ternary amorphous nitride 13 is a diffusion barrier film which serves to diffuse the diffusion of copper in the copper film 14.

그러나, 이러한 삼원계 비정질 질화물(13)들은 실리콘(Si)이 함유되어 있으므로 실리콘이 질소와 결합하여 박막의 전기적인 저항을 높이며, 또한 구리와 실리콘의 매우 좋은 화학적 친화력 때문에 비정질에서 결정질로 변태되는 온도를 낮추어 확산방지 성능을 저하시키는 문제점이 있다.However, since these tertiary amorphous nitrides (13) contain silicon (Si), the silicon bonds with nitrogen to increase the electrical resistance of the thin film, and the temperature is converted from amorphous to crystalline due to the very good chemical affinity of copper and silicon. There is a problem to lower the diffusion prevention performance by lowering.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 실리콘이 함유된 확산방지막의 적용에 따른 구리배선의 확산방지 저하를 방지하도록 한 구리배선의 삼원계 확산 방지막의 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, to provide a method for forming a three-dimensional diffusion barrier film of copper wiring to prevent the diffusion prevention of the copper wiring according to the application of the diffusion barrier containing silicon. The purpose is.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구리배선의 삼원계 확산방지막 형성 방법은 증착챔버내에 로딩된 기판상에 탄탈륨, 텅스텐 그리고 질소로 이루어진 삼원계 질화물을 증착하는 단계; 및 상기 삼원계 질화물을 조밀화시키고 상기 삼원계 질화물의 표면층에 산소를 충진시키기 위한 개질화 공정을 실시하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하고, 상기 삼원계 질화물을 증착하는 단계는, 상기 증착챔버내에 탄탈륨타겟과 텅스텐타겟을 장착시키는 단계, 상기 증착챔버내에 아르곤가스와 질소 가스의 혼합 가스를 공급하는 단계, 상기 아르곤가스를 이온화시켜 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계, 상기 아르곤 플라즈마내 아르곤 이온을 상기 탄탈륨타겟과 텅스텐타겟과 충돌시키는 단계, 및 상기 충돌로 인해 떨어져 나온 탄탈륨이온과 텅스텐 이온을 상기 질소가스와 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for forming a three-dimensional diffusion barrier film of the copper wiring of the present invention for achieving the above object comprises the steps of depositing a ternary nitride consisting of tantalum, tungsten and nitrogen on a substrate loaded in the deposition chamber; And performing a reforming process for densifying the tertiary nitride and filling oxygen into the surface layer of the tertiary nitride, and depositing the tertiary nitride in the deposition chamber. Mounting a tantalum target and a tungsten target, supplying a mixed gas of argon gas and nitrogen gas into the deposition chamber, ionizing the argon gas to form an argon plasma, and argon ion in the argon plasma to the tantalum target And colliding with the tungsten target, and reacting the tantalum ions and tungsten ions separated by the collision with the nitrogen gas.

상기 개질화 공정은, 상기 삼원계 질화물이 증착되는 증착챔버내에서 이루어지거나 또는 별도의 열처리 챔버내에서 이루어짐을 특징으로 한다.The reforming process may be performed in a deposition chamber in which the tertiary nitride is deposited or in a separate heat treatment chamber.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TaWN 확산방지막을 증착하기 위한 물리기상증착(PVD) 챔버를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a physical vapor deposition (PVD) chamber for depositing a TaWN diffusion barrier according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 물리적기상증착 챔버는 반응성 증착 챔버(100)로서, 반응성 증착챔버(100)내에 기판지지대(102)에 의해 지지된 삼원계 확산방지막이 증착될 웨이퍼(101), 웨이퍼(101)에 대향하는 위치에 각각 타겟지지대(103)에 의해 지지된 탄탈륨타겟(104)과 텅스텐타겟(105), 반응성 증착 챔버(100)내에 스퍼터가스인 아르곤가스를 공급하기 위한 아르곤가스공급관(106), 반응성 증착 챔버(100)내에 반응가스인 질소가스를 공급하기 위한 질소가스공급관(107)으로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the physical vapor deposition chamber is a reactive deposition chamber 100, in which a three-dimensional diffusion barrier film supported by a substrate support 102 is deposited in the reactive deposition chamber 100, and a wafer 101. Argon gas supply pipe 106 for supplying argon gas, which is a sputter gas, into the tantalum target 104 and tungsten target 105 and the reactive deposition chamber 100 respectively supported by the target support 103 at positions opposite to And a nitrogen gas supply pipe 107 for supplying nitrogen gas as a reaction gas into the reactive deposition chamber 100.

여기서, 아르곤가스공급관(106)을 통해 아르곤과 같은 비활성가스가 공급되고, 질소가스공급관(107)을 통해 질소가스가 공급되며, 이들 아르곤가스 및 질소가스는 밸브를 통해 그 공급량 및 공급시간이 조절된다.Here, an inert gas such as argon is supplied through the argon gas supply pipe 106, nitrogen gas is supplied through the nitrogen gas supply pipe 107, and the supply amount and the supply time of these argon gas and the nitrogen gas are controlled through a valve. do.

또한, 웨이퍼(101)의 표면이 탄탈륨타겟(104)과 텅스텐타겟(105)에 평행하게 일정한 간격을 유지하도록 웨이퍼(101)는 기판지지대(102)에 장착된다.In addition, the wafer 101 is mounted on the substrate support 102 so that the surface of the wafer 101 maintains a constant distance parallel to the tantalum target 104 and the tungsten target 105.

상술한 도 1에서 이루어지는 TaWN의 증착은, 먼저 고전압이 걸린 진공상태에서 반응성 증착챔버(100)내의 각 타겟(104,105)과 웨이퍼(101) 사이에 아르곤가스와 질소 가스의 혼합 가스를 공급한 다음, 아르곤가스를 이온화시켜 아르곤 플라즈마를 형성하고, 플라즈마를 구성하는 Ar+ 이온들을 각 타겟(104, 105)으로 전기장에 의해 가속시켜 각 타겟(104, 105)의 표면과 충돌시킨다. In the above-described deposition of TaWN in FIG. 1, first, a mixed gas of argon gas and nitrogen gas is supplied between the targets 104 and 105 and the wafer 101 in the reactive deposition chamber 100 in a vacuum under high voltage. The argon gas is ionized to form an argon plasma, and the Ar + ions constituting the plasma are accelerated by the electric field to the targets 104 and 105 to collide with the surfaces of the targets 104 and 105.                     

이러한 충돌에 의한 운동량의 교환에 의하여 각 타겟(104,105)의 표면 원자나 분자가 튀어나오고, 튀어나온 원자나 분자들(Ta+, W+)은 반응가스인 질소(N) 가스와 화학반응하여 웨이퍼(101)상에 TaWN(108)을 증착시킨다.The surface atoms or molecules of each target 104 and 105 come out by the exchange of momentum due to such collision, and the protruding atoms or molecules Ta + and W + are chemically reacted with nitrogen (N) gas, which is a reactant gas, to the wafer. TaWN 108 is deposited on 101.

도 3은 도 2의 반응성 증착챔버내에서 이루어지는 TaWN 확산방지막의 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a TaWN diffusion barrier film in the reactive deposition chamber of FIG. 2.

도 3에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 하부층(21)상에 층간절연막(22)을 증착한 후, 층간절연막(22)을 선택적으로 식각하여 하부층(21)의 표면이 노출되는 콘택홀을 형성한다.As shown in FIG. 3, after depositing the interlayer dielectric layer 22 on the lower layer 21 where the predetermined process is completed, the interlayer dielectric layer 22 is selectively etched to expose the contact hole exposing the surface of the underlayer 21. Form.

이 때, 콘택홀은 구리배선이 형성될 부분으로서 하부층(21)은 실리콘기판 또는 다층 금속배선의 최하층 금속배선 중 어느 하나일 것이다.At this time, the contact hole is a portion where the copper wiring is to be formed, and the lower layer 21 may be either the silicon substrate or the lowest metal wiring of the multilayer metal wiring.

계속해서, 콘택홀내의 노출된 하부층(21)을 반응성 증착챔버내에 로딩시킨 후, 아르곤 가스와 질소가스를 유입시켜 아르곤 플라즈마를 형성시킨다. 계속해서, 아르곤 플라즈마내 이온화된 아르곤이온을 전기장에 의해 탄탈륨 타겟과 텅스텐 타겟에 충돌시키고, 충돌에 의해 각 타겟으로부터 떨어져 나온 탄탈륨 이온과 텅스텐 이온을 질소가스와 반응시켜 하부층(21)상에 TaWN(23)을 증착시킨다.Subsequently, after exposing the exposed lower layer 21 in the contact hole into the reactive deposition chamber, argon gas and nitrogen gas are introduced to form an argon plasma. Subsequently, the argon ions ionized in the argon plasma collide with the tantalum target and the tungsten target by an electric field, and the tantalum ions and tungsten ions separated from each target by the collision are reacted with nitrogen gas to form TaWN ( 23) is deposited.

상술한 TaWN(23)의 증착은 100℃∼900℃의 온도범위에서 이루어지고, 증착되는 TaWN(23)은 200Å∼1000Å의 두께를 가지며, TaWN(22)내 Ta의 조성비는 50∼80at%, W의 조성비는 10∼25at%, N의 조성비는 10∼25at%를 유지한다.The TaWN 23 is deposited in the temperature range of 100 ° C. to 900 ° C., and the TaWN 23 to be deposited has a thickness of 200 mW to 1000 mW, and the composition ratio of Ta in the TaWN 22 is 50 to 80 at%, The composition ratio of W is 10 to 25 at%, and the composition ratio of N is maintained at 10 to 25 at%.

다음으로, TaWN(23)을 증착한 후, TaWN(23)을 조밀화시키고 TaWN(23)의 표면 에 산소를 충진시키는 개질화 공정을 진행한다.Next, after depositing the TaWN 23, the TaWN 23 is densified and a reforming process of filling oxygen on the surface of the TaWN 23 is performed.

TaWN(23)의 조밀화 및 산소충진 방법은 증착챔버내에서 이루어지거나, 또는 별도의 열처리챔버내에서 이루어진다.The densification and oxygen filling method of TaWN 23 may be performed in a deposition chamber or in a separate heat treatment chamber.

먼저 열처리챔버내에서 이루어지는 TaWN(23)의 조밀화 및 산소 충진 방법은 TaWN(23)을 증착한 후, 열처리 챔버내로 이송시켜 급속열처리(Rapid Thermal Process; RTP)하는데, 급속열처리는 산소(O2) 분위기, 아르곤과 산소의 혼합분위기(Ar+O2), 또는 질소와 산소의 혼합분위기(N2+O2)에서 이루어지되 100℃∼650℃의 온도에서 1분∼5분동안 진행된다. 이 때, 각각 산소, 아르곤 및 질소의 유량을 변화시키면서 열처리한다.First densified and oxygen-filled method depositing a TaWN (23), was transferred into a heat treatment chamber, rapid thermal processing of TaWN (23) formed in the heat treatment chamber, to (Rapid Thermal Process RTP), RTP is oxygen (O 2) Atmosphere, mixed atmosphere of argon and oxygen (Ar + O 2 ), or mixed atmosphere of nitrogen and oxygen (N 2 + O 2 ), but proceeds for 1 to 5 minutes at a temperature of 100 ℃ to 650 ℃. At this time, heat treatment is performed while varying the flow rates of oxygen, argon and nitrogen, respectively.

다음으로, 증착챔버내에서 이루어지는 TaWN(23)의 조밀화 및 산소충진 방법을 설명한다.Next, the densification and oxygen filling method of the TaWN 23 in the deposition chamber will be described.

제1예로서, TaWN(23) 증착시에 반응성 증착챔버내에 산소를 유입한 후 이온화시키고, 하부층(21)측의 전기장에 의해 이온화된 산소를 증착되는 TaWN(23)측으로 가속시키므로써 TaWN(23)을 조밀화시킴과 동시에 막내에 산소를 충진시킨다.As a first example, when TaWN 23 is deposited, oxygen is introduced into the reactive deposition chamber and ionized, thereby accelerating the ionized oxygen by the electric field on the lower layer 21 side to the TaWN 23 to be deposited. ) Densify and simultaneously fill the membrane with oxygen.

제2예로서, 증착 챔버내에 아르곤을 유입한 후 이온화시키고, 이온화된 아르곤을 증착되는 TaWN(23)과 충돌시키므로써 TaWN(23)의 막질을 조밀하게 만들어준 후, 산소 이온을 추가로 유입시켜 TaWN(22)상에 균일한 산화막(24)을 형성시킨다.As a second example, argon is introduced into the deposition chamber and then ionized, and the ionized argon collides with the deposited TaWN 23 to densify the film quality of the TaWN 23, and then oxygen ions are further introduced. A uniform oxide film 24 is formed on TaWN 22.

제3예로서, 증착 챔버내에 질소를 이온화시키고, 이온화된 질소를 증착되는 TaWN(23)과 충돌시키므로써 TaWN(23)의 막질을 조밀하게 만들어준 후, 산소 이온을 추가로 유입시켜 TaWN(23)상에 균일한 산화막(24)을 형성시킨다.As a third example, nitrogen is ionized in the deposition chamber and the ionized nitrogen collides with the deposited TaWN 23 to densify the film quality of the TaWN 23, and then further oxygen ions are introduced to the TaWN (23). A uniform oxide film 24 is formed.

제4예로서, 증착챔버내에 질소와 산소를 동시에 유입시킨 후 이온화시키고, 이온화된 질소를 증착되는 TaWN(23)과 충돌시키므로써 TaWN(23)의 막질을 조밀하게 만들어준 후, 이온화된 산소를 이용하여 TaWN(23)상에 균일한 산화막(24)을 형성시킨다.As a fourth example, nitrogen and oxygen are simultaneously introduced into the deposition chamber, followed by ionization, and ionized nitrogen collides with the deposited TaWN 23, thereby densifying the film quality of the TaWN 23, and then ionizing oxygen. To form a uniform oxide film 24 on the TaWN 23.

제5예로서, 증착 챔버내에서 NH4로 열처리하여 TaWN(23)을 조밀화시킨 후 추가로 유입된 산소를 이온화시킨 후, 이온화된 산소를 이용하여 TaWN(23)상에 균일한 산화막(24)을 형성시킨다.As a fifth example, the TaWN 23 is densified by heat treatment with NH 4 in the deposition chamber, and ionized oxygen is further ionized, followed by uniform oxide film 24 on the TaWN 23 using ionized oxygen. To form.

제6예로서, 증착 챔버내에서 NH4 플라즈마처리하여 TaWN(23)을 조밀화시킨 후, 추가로 산소를 유입시킨 후 이온화시키고 이온화된 산소를 이용하여 TaWN(23)상에 균일한 산화막(24)을 형성시킨다.As a sixth example, after densification of the TaWN 23 by NH 4 plasma treatment in the deposition chamber, further oxygen is introduced, ionized and uniform oxide film 24 on the TaWN 23 using ionized oxygen. To form.

제7예로서, 증착챔버내에서 UV 오존으로 열처리하여 TaWN(23)을 조밀화시킴과 동시에 TaWN(23)상에 균일한 산화막(24)을 형성시킨다.As a seventh example, heat treatment is performed with UV ozone in the deposition chamber to densify the TaWN 23 and to form a uniform oxide film 24 on the TaWN 23.

상술한 제1예 내지 제7예를 조합하여 TaWN(23)을 개질화시킬 수도 있으며, 제1예 내지 제7예는 모두 100℃∼650℃의 온도에서 1분∼5분동안 이루어진다.The TaWN 23 may be modified by combining the above-described first to seventh examples, and the first to seventh examples are all made for 1 to 5 minutes at a temperature of 100 ° C to 650 ° C.

계속해서, 산화막(24)상에 구리막(25)를 증착하여 구리배선을 완성한다.Subsequently, a copper film 25 is deposited on the oxide film 24 to complete copper wiring.

상술한 것처럼, TaWN(23)을 증착시킨 후, 조밀화 및 산소 충진시키므로써 실리콘이 포함되지 않으면서 내열금속(Ta)내에 또다른 내열금속(W) 및 질소(N)를 첨가시키므로서 확산방지막의 미세 구조를 비정질로 만든다. As described above, after the TaWN 23 is deposited, densification and oxygen filling are performed to add another heat-resistant metal (W) and nitrogen (N) to the heat-resistant metal (Ta) without containing silicon, thereby forming a diffusion barrier. Make the microstructure amorphous.                     

이처럼 비정질 확산방지막은 내열금속인 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W)과 질소(N)와의 강한 화학적 결합에 의해서 후속 고온열공정에서도 그 결합이 유지되고, 또한 저항이 낮은 내열금속인 탄탈륨(Ta)과 텅스텐(W), 그리고 질소를 포함하고 있기 때문에 낮은 전기저항을 유지한다.As such, the amorphous diffusion barrier is maintained by the strong chemical bonding of heat resistant metals such as tantalum (Ta), tungsten (W) and nitrogen (N), and retains the bond even in the subsequent high-temperature heat process. And low tungsten (W) and nitrogen.

상술한 바와 같이, 내열금속 및 질소가 첨가된 비정질 확산방지막들은 배선공정에서 필히 발생되는 구리의 확산을 고온까지 차단하여 배선공정의 공정온도범위를 넓힐 수 있다.As described above, the amorphous diffusion barrier films to which the heat-resistant metal and the nitrogen are added may block the diffusion of copper, which is necessarily generated in the wiring process, to a high temperature, thereby extending the process temperature range of the wiring process.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같은 본 발명의 삼원계 확산방지막은 구리 배선공정에서 필히 발생되는 구리의 확산을 고온까지 차단하여 배선공정의 공정 온도범위를 넓힐 수 있어 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.The ternary diffusion barrier of the present invention as described above can block the diffusion of copper, which is necessarily generated in the copper wiring process, to a high temperature, thereby widening the process temperature range of the wiring process, thereby securing reliability of the device.

Claims (12)

구리배선의 확산방지막 형성 방법에 있어서,In the method of forming a diffusion barrier film of copper wiring, 증착챔버내에 로딩된 기판상에 탄탈륨, 텅스텐 그리고 질소로 이루어진 삼원계 질화물을 증착하는 단계; 및Depositing ternary nitrides of tantalum, tungsten and nitrogen on a substrate loaded in the deposition chamber; And 상기 삼원계 질화물을 조밀화시키고 상기 삼원계 질화물의 표면층에 산소를 충진시키기 위한 개질화 공정을 실시하는 단계Performing a reforming process for densifying the tertiary nitride and filling oxygen into the surface layer of the tertiary nitride; 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 삼원계 질화물을 증착하는 단계는,Deposition of the ternary nitride, 상기 증착챔버내에 탄탈륨타겟과 텅스텐타겟을 장착시키는 단계;Mounting a tantalum target and a tungsten target in the deposition chamber; 상기 증착챔버내에 아르곤가스와 질소 가스의 혼합 가스를 공급하는 단계;Supplying a mixed gas of argon gas and nitrogen gas into the deposition chamber; 상기 아르곤가스를 이온화시켜 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계;Ionizing the argon gas to form an argon plasma; 상기 아르곤 플라즈마내 아르곤 이온을 상기 탄탈륨타겟과 텅스텐타겟과 충돌시키는 단계; 및Colliding argon ions in the argon plasma with the tantalum target and the tungsten target; And 상기 충돌로 인해 떨어져 나온 탄탈륨이온과 텅스텐 이온을 상기 질소가스와 반응시키는 단계Reacting the tantalum ions and tungsten ions separated by the collision with the nitrogen gas 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 삼원계 질화물을 증착하는 단계는,Deposition of the ternary nitride, 100℃∼900℃의 온도에서 이루어지되, 200Å∼1000Å의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.A method of forming a three-dimensional diffusion barrier film, which is made at a temperature of 100 ° C. to 900 ° C. and is deposited to a thickness of 200 Pa to 1000 Pa. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 삼원계 질화물내 상기 탄탈륨의 조성비는 50at%∼80at%, 상기 텅스텐의 조성비는 10at%∼25at%, 상기 질소의 조성비는 10at%∼25at%인 것을 특징으로 하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.The composition ratio of the tantalum in the ternary nitride is 50 at% to 80 at%, the composition ratio of the tungsten is 10 at% to 25 at%, and the composition ratio of the nitrogen is 10 at% to 25 at%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개질화 공정은, 상기 삼원계 질화물이 증착되는 증착챔버내에서 이루어지거나 또는 별도의 열처리 챔버내에서 이루어짐을 특징으로 하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.The reforming process is formed in a deposition chamber in which the ternary nitride is deposited or in a separate heat treatment chamber. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증착챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process performed in the deposition chamber, 상기 삼원계 질화물의 증착시에 상기 증착챔버내에 산소를 유입시키는 단계;Introducing oxygen into the deposition chamber when the ternary nitride is deposited; 상기 유입된 산소를 이온화시키는 단계; 및Ionizing the introduced oxygen; And 상기 이온화된 산소를 상기 삼원계 질화물측으로 가속시키는 단계Accelerating the ionized oxygen to the ternary nitride side 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증착챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process performed in the deposition chamber, 상기 증착 챔버내에서 이온화된 아르곤을 이용하여 상기 삼원계 질화물을 조밀화시키는 단계; 및Densifying the ternary nitride using argon ionized in the deposition chamber; And 상기 증착챔버내에서 이온화된 산소를 이용하여 상기 삼원계 질화물상에 산화막을 증착시키는 단계Depositing an oxide film on the ternary nitride using ionized oxygen in the deposition chamber 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증착챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process performed in the deposition chamber, 상기 증착 챔버내에서 이온화된 질소를 이용하여 상기 삼원계 질화물을 조밀화시키는 단계; 및Densifying the ternary nitride using ionized nitrogen in the deposition chamber; And 상기 증착챔버내에서 이온화된 산소를 이용하여 상기 삼원계 질화물상에 산화막을 증착시키는 단계Depositing an oxide film on the ternary nitride using ionized oxygen in the deposition chamber 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증착챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process performed in the deposition chamber, 상기 증착 챔버내에 동시에 질소와 산소를 유입시키는 단계;Simultaneously introducing nitrogen and oxygen into the deposition chamber; 상기 질소와 산소를 이온화시킨 후 이온화된 상기 질소를 상기 삼원계 질화물측으로 충돌시키는 단계; 및Ionizing the nitrogen and oxygen and then colliding the ionized nitrogen toward the tertiary nitride side; And 상기 이온화된 산소를 이용하여 상기 삼원계 질화물상에 산화막을 증착시키는 단계Depositing an oxide film on the ternary nitride using the ionized oxygen 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증착챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process performed in the deposition chamber, 상기 증착 챔버내에서 NH4 가스를 이용한 열처리 또는 NH4 플라즈마처리하는 단계; 및Heat treatment or NH 4 plasma treatment with NH 4 gas in the deposition chamber; And 상기 증착챔버내에서 이온화된 산소를 이용하여 상기 삼원계 질화물상에 산화막을 증착시키는 단계Depositing an oxide film on the ternary nitride using ionized oxygen in the deposition chamber 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증착챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process performed in the deposition chamber, 상기 증착챔버내에서 UV 오존으로 열처리하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.And heat-treating with UV ozone in the deposition chamber. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 열처리챔버내에서 이루어지는 개질화 공정은,The reforming process made in the heat treatment chamber, 상기 삼원계 질화물이 증착된 기판을 급속열처리를 위한 챔버내로 이송시키는 단계; 및Transferring the substrate on which the tertiary nitride is deposited into a chamber for rapid heat treatment; And 상기 챔버내에서 산소, 아르곤과 산소의 혼합분위기, 또는 질소와 산소의 혼합분위기의 100℃∼650℃의 온도에서 1분∼5분동안 급속열처리하는 단계Rapid heat treatment in the chamber at a temperature of 100 ° C. to 650 ° C. in a mixed atmosphere of oxygen, argon and oxygen, or a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen for 1 minute to 5 minutes. 를 포함하는 삼원계 확산방지막의 형성 방법.Method of forming a ternary diffusion barrier film comprising a.
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