KR100960929B1 - Metal wiring of semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확산방지막의 특성을 개선하여 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선은, 반도체 기판 상에 형성되며, 배선 형성 영역을 갖는 절연막; 상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막; 및 상기 확산방지막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 금속막;을 포함한다.The present invention discloses a metal wiring and a method of forming the semiconductor device that can improve the characteristics and reliability of the device by improving the characteristics of the diffusion barrier. A metal wiring of a semiconductor device according to the present invention, comprising: an insulating film formed on a semiconductor substrate and having wiring formation regions; A diffusion barrier film formed on a surface of a wiring formation region of the insulating film and including a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film; And a metal film formed on the diffusion barrier to fill the wiring forming region of the insulating film.

Description

반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법{METAL WIRING OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Metal Wiring of Semiconductor Devices and Formation Method {METAL WIRING OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 확산방지막의 특성을 개선하여 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to metal wiring of semiconductor devices and methods of forming the same, and more particularly, to metal wiring of semiconductor devices and a method of forming the same, which can improve device characteristics and reliability by improving the characteristics of the diffusion barrier film.

일반적으로, 반도체 소자에는 소자와 소자 간, 또는, 배선과 배선 간을 전기적으로 연결하기 위해 금속배선이 형성되며, 상부 금속배선과 하부 금속배선 간의 연결을 위해 콘택 플러그가 형성된다. 상기 금속배선의 재료로는 전기 전도도가 우수한 알루미늄(Al) 및 텅스텐(W)이 주로 이용되어 왔으며, 최근에는 상기 알루미늄 및 텅스텐보다 전기 전도도가 월등히 우수하고 저항이 낮아 고집적 고속동작 소자에서 RC 신호 지연 문제를 해결할 수 있는 구리(Cu)를 차세대 금속배선 물질로 사용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. In general, a metal element is formed in the semiconductor element to electrically connect the element and the element, or the interconnection and the interconnection, and a contact plug is formed to connect the upper metal interconnection and the lower metal interconnection. Aluminum (Al) and tungsten (W), which have excellent electrical conductivity, have been mainly used as the material for the metallization, and in recent years, the RC signal delay in high-integrated high-speed operation devices has much higher electrical conductivity and lower resistance than aluminum and tungsten. Research into using copper (Cu) as a next-generation metallization material that can solve the problem is being conducted.

그런데, 상기 구리의 경우 배선 형태로 건식 식각하기가 용이하지 않기 때문에, 구리로 금속배선을 형성하기 위해서는 다마신(Damascene)이라는 새로운 공정 기술이 이용된다. 다마신 금속배선 공정은 층간절연막을 식각해서 배선 형성 영역 을 형성하고, 상기 배선 형성 영역을 구리막으로 매립하여 금속배선을 형성하는 기술이며, 싱글-다마신 공정과 듀얼-다마신 공정으로 나눌 수 있다.However, in the case of copper, since it is not easy to dry-etch in the form of wiring, a new process technology called damascene is used to form metal wiring with copper. The damascene metal wiring process is a technique for forming a wiring formation region by etching an interlayer insulating film, and forming a metal wiring by filling the wiring formation region with a copper film, which can be divided into a single damascene process and a dual damascene process. have.

또한, 상기 금속배선 물질로 구리막을 적용하는 경우에는 알루미늄막을 적용하는 경우와 달리 층간절연막을 통해 기판으로의 구리막 성분이 확산된다. 상기 확산된 구리막 성분은 실리콘으로 이루어진 반도체 기판 내에서 딥 레벨(Deep Level) 불순물로서 작용하여 누설 전류를 유발하므로, 상기 구리막과 층간절연막의 접촉 계면에 확산방지막(Diffusion Barrier)을 형성해주어야 한다. 상기 확산방지막은 통상 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식을 통해 Ta막과 TaN막의 단일막, 또는, 이중막 구조로 형성한다.In addition, when the copper film is applied as the metal wiring material, unlike the aluminum film, the copper film component is diffused to the substrate through the interlayer insulating film. Since the diffused copper film component acts as a deep level impurity in a semiconductor substrate made of silicon to cause leakage current, a diffusion barrier must be formed at the contact interface between the copper film and the interlayer insulating film. . The diffusion barrier layer is typically formed of a single layer or a double layer structure of a Ta layer and a TaN layer through PVD (Physical Vapor Deposition).

하지만, 반도체 소자의 고집적화 추세에 부합하여 상기 배선 형성 영역의 종횡비가 증가함에 따라, 상기 PVD 방식에 의한 확산방지막의 형성하는 종래의 방법은 한계가 있다. 이에, 상기 확산방지막을 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식으로 형성하는 방법이 제안된 바 있다.However, as the aspect ratio of the wiring formation region increases in accordance with the trend of higher integration of semiconductor devices, the conventional method of forming the diffusion barrier film by the PVD method has a limitation. Thus, a method of forming the diffusion barrier layer by ALD (Atomic Layer Deposition) method has been proposed.

그러나, 상기 ALD 방식으로 확산방지막을 형성하는 경우에는 상기 확산방지막의 입자 크기가 크기 때문에, 확산방지막의 결정 입계를 통해 구리막의 성분이 절연막으로 확산되어 확산방지막으로서의 기능이 저하된다. 또한, 상기 ALD 방식으로 형성된 확산방지막의 비저항은 비교적 높은 편이기 때문에, 상기 확산방지막 상에 형성된 금속배선의 저항이 저하된다. 게다가, 반도체 소자의 미세화에 따라 상기 확산방지막의 두께 감소가 요구되고 있는 실정이며, 이로 인해, 상기 확산방지막의 특성이 저하되어, 그 결과, 소자 특성 및 신뢰성이 열화된다.However, in the case of forming the diffusion barrier film by the ALD method, since the particle size of the diffusion barrier film is large, the components of the copper film diffuse into the insulating film through the grain boundaries of the diffusion barrier film, thereby degrading the function as the diffusion barrier film. In addition, since the specific resistance of the diffusion barrier film formed by the ALD method is relatively high, the resistance of the metal wiring formed on the diffusion barrier film is lowered. In addition, as the semiconductor device becomes smaller, the thickness of the diffusion barrier is required to be reduced. As a result, the characteristics of the diffusion barrier are reduced, resulting in deterioration of device characteristics and reliability.

본 발명은 확산방지막의 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법을 제공한다.The present invention provides a metal wiring of a semiconductor device and a method of forming the same that can improve the characteristics of the diffusion barrier film.

또한, 본 발명은 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속배선 및 그 형성방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a metal wiring and a method of forming the semiconductor device that can improve device characteristics and reliability.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선은, 반도체 기판 상에 형성되며, 배선 형성 영역을 갖는 절연막; 상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막; 및 상기 확산방지막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 금속막;을 포함한다.A metal wiring of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an insulating film formed on a semiconductor substrate, the wiring forming region; A diffusion barrier film formed on a surface of a wiring formation region of the insulating film and including a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film; And a metal film formed on the diffusion barrier to fill the wiring forming region of the insulating film.

상기 확산방지막의 NbB2막은 비정질상을 갖는다.The NbB 2 film of the diffusion barrier film has an amorphous phase.

상기 확산방지막의 NbB2막과 Nb막은 각각 10∼100Å의 두께를 갖는다.The NbB 2 film and the Nb film of the diffusion barrier film each have a thickness of 10 to 100 GPa.

상기 확산방지막과 상기 금속막 사이에 개재된 씨드막을 더 포함한다.Further comprising a seed film interposed between the diffusion barrier film and the metal film.

상기 씨드막은 구리막을 포함한다.The seed film includes a copper film.

상기 금속막은 구리막을 포함한다.The metal film includes a copper film.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법은, 반도체 기판 상에 배선 형성 영역을 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막을 형성하 는 단계; 및 상기 확산방지막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 금속막을 형성하는 단계;를 포함한다.In accordance with another aspect of the present disclosure, a method of forming metal wirings of a semiconductor device may include forming an insulating film having a wiring formation region on a semiconductor substrate; Forming a diffusion barrier film including a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film on an insulating film including a surface of the wiring formation region; And forming a metal film to fill the wiring forming region on the diffusion barrier film.

상기 확산방지막의 NbB2막은 비정질상을 갖도록 형성한다.The NbB 2 film of the diffusion barrier film is formed to have an amorphous phase.

상기 확산방지막의 NbB2막은 CVD(Chemical Vapor Deposition), 또는, ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성한다.The NbB 2 film of the diffusion barrier layer is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) or ALD (Atomic Layer Deposition) process.

상기 CVD 및 ALD 공정은 Nb의 소오스 가스로서 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]를 사용하고, B의 소오스 가스로서 B2H6를 사용하여 수행한다.The CVD and ALD processes are performed using [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ] as the source gas of Nb and B 2 H 6 as the source gas of B. .

상기 CVD 및 ALD 공정은 반응 가스로서 H2, Ar 및 N2 중 적어도 하나 이상을 사용하여 수행한다.The CVD and ALD processes are performed using at least one of H 2 , Ar, and N 2 as reactant gases.

상기 CVD 및 ALD 공정은 100∼400℃의 온도 조건으로 수행한다.The CVD and ALD process is carried out at a temperature of 100 ~ 400 ℃.

상기 CVD 공정은 100mTorr∼1000Torr의 압력 조건으로 수행한다.The CVD process is performed under pressure conditions of 100 mTorr to 1000 Torr.

상기 ALD 공정은 10mTorr∼100Torr의 압력 조건으로 수행한다.The ALD process is carried out under a pressure condition of 10mTorr ~ 100Torr.

상기 ALD 공정은 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]의 공급, H2의 공급, B2H6의 공급 및 Ar의 퍼지의 과정을 적어도 2회 이상 반복 수행한다.The ALD process is a process of supplying [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ], supplying H 2 , supplying B 2 H 6 , and purging Ar at least two times. Repeat it.

상기 확산방지막의 Nb막은 CVD, 또는, ALD 공정으로 형성한다.The Nb film of the diffusion barrier film is formed by CVD or ALD process.

상기 CVD 및 ALD 공정은 소오스 가스로서 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]를 사용하고, 반응 가스로서 H2, Ar 및 N2 중 적어도 하나 이상을 사용하여 수행한다.The CVD and ALD processes use [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ] as the source gas and at least one of H 2 , Ar and N 2 as the reaction gas. Do it.

상기 CVD 공정은 100mTorr∼1000Torr의 압력 조건으로 수행한다.The CVD process is performed under pressure conditions of 100 mTorr to 1000 Torr.

상기 ALD 공정은 10mTorr∼100Torr의 압력 조건으로 수행한다.The ALD process is carried out under a pressure condition of 10mTorr ~ 100Torr.

상기 확산방지막의 NbB2막과 Nb막은 각각 10∼100Å의 두께를 갖도록 형성한다.The NbB 2 film and the Nb film of the diffusion barrier film are formed to have a thickness of 10 to 100 GPa, respectively.

상기 확산방지막을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 금속막을 형성하는 단계 전, 상기 확산방지막 상에 씨드막을 형성하는 단계;를 더 포함한다.And forming a seed film on the diffusion barrier layer after forming the diffusion barrier layer and before forming the metal layer.

상기 씨드막은 구리막을 포함한다.The seed film includes a copper film.

상기 금속막은 구리막을 포함한다.The metal film includes a copper film.

본 발명은 본 발명은 구리막을 이용하는 금속배선의 형성시 NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막을 형성함으로써, 상기 확산방지막의 특성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 상기 확산방지막의 특성을 개선하여 구리막의 성분이 확산되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the characteristics of the diffusion barrier film by forming a diffusion barrier film comprising a laminated structure of the NbB 2 film and the Nb film when forming a metal wiring using a copper film. Accordingly, the present invention can prevent the diffusion of components of the copper film by improving the properties of the diffusion barrier, thereby improving the characteristics and reliability of the semiconductor device.

본 발명은, 구리막과 절연막 사이에 NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막을 형성한다. 상기 NbB2막은 비정질상을 갖도록 형성한다. 이렇게 하면, 상기 확산방지막이 상기 구리막의 성분이 확산되는 주 경로인 결정립계가 없는 비정질의 막을 포함하므로, 상기 확산방지막 자체의 특성이 개선된다. 따라서, 본 발명은 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention forms a diffusion barrier film comprising a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film between a copper film and an insulating film. The NbB 2 film is formed to have an amorphous phase. In this case, since the diffusion barrier film includes an amorphous film having no grain boundary, which is a main path through which the components of the copper film are diffused, the characteristics of the diffusion barrier film itself are improved. Therefore, the present invention can improve device characteristics and reliability.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a metal wiring of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 소정의 하부 구조물(도시안됨)이 구비된 반도체 기판(100) 상에 배선 형성 영역(D)을 갖는 절연막(102)이 형성되어 있다. 상기 배선 형성 영역(D)은 싱글 다마신 공정 또는 듀얼 다마신 공정에 따라 트렌치 구조, 또는, 트렌치 및 상기 트렌치와 연결되는 적어도 하나 이상의 비아홀을 포함하는 트렌치 및 비아홀 구조로 형성될 수 있다. As illustrated, an insulating layer 102 having a wiring forming region D is formed on the semiconductor substrate 100 provided with a predetermined lower structure (not shown). The wiring forming region D may be formed in a trench structure or a trench and via hole structure including a trench and at least one via hole connected to the trench according to a single damascene process or a dual damascene process.

상기 절연막(102)의 배선 형성 영역(D) 표면 상에 NbB2막(104)과 Nb막(106)의 적층 구조를 포함하는 확산방지막(108)이 형성되어 있다. 상기 확산방지막(108)의 NbB2막(104)은 비정질상을 갖도록 형성되어 있다. 또한, NbB2막(104)과 Nb막(106)은 각각 10∼100Å의 두께를 갖는다. 상기 확산방지막(108) 상에 씨드막(110)이 형성되어 있으며, 상기 씨드막(110) 상에 상기 절연막(102)의 배선 형성 영역(D)을 매립하도록 금속배선(112)이 형성되어 있다. 상기 씨드막(110)과 상기 금속배선(112)은 각각 구리막을 포함한다. On the surface of the wiring formation region D of the insulating film 102, a diffusion barrier 108 including a stacked structure of the NbB 2 film 104 and the Nb film 106 is formed. The NbB 2 film 104 of the diffusion barrier 108 is formed to have an amorphous phase. In addition, the NbB 2 film 104 and the Nb film 106 each have a thickness of 10 to 100 GPa. The seed film 110 is formed on the diffusion barrier 108, and the metal wiring 112 is formed on the seed film 110 to fill the wiring forming region D of the insulating film 102. . The seed film 110 and the metal wire 112 each include a copper film.

본 발명의 금속배선(112)은 구리막과 절연막(102) 사이에 결정 입계가 존재하지 않는 비정질상을 갖는 NbB2막(104)과 Nb막(106)의 적층 구조를 포함하는 확산방지막(108)이 형성되어 있으므로, 상기 구리막의 성분이 절연막(102)으로 확산되 는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 확산방지막(108) 자체의 특성을 개선할 수 있으며, 이에 따라, 본 발명은 반도체 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The metallization 112 of the present invention has a diffusion barrier layer 108 including a stacked structure of an NbB 2 film 104 and an Nb film 106 having an amorphous phase in which no grain boundaries exist between the copper film and the insulating film 102. Since is formed, it is possible to prevent the components of the copper film from diffusing into the insulating film 102. Therefore, the present invention can improve the characteristics of the diffusion barrier 108 itself, and accordingly, the present invention can improve semiconductor device characteristics and reliability.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating processes of forming metal wirings of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 소정의 하부 구조물(도시안됨)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 상기 하부 구조물을 덮도록 절연막(102)을 형성한다. 상기 절연막을 식각하여 배선 형성 영역(D)을 형성한다. 상기 배선 형성 영역(D)은 싱글 다마신 공정 또는 듀얼 다마신 공정에 따라 트렌치 구조, 또는, 트렌치 및 상기 트렌치와 연결되는 적어도 하나 이상의 비아홀을 포함하는 트렌치 및 비아홀 구조로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2A, an insulating layer 102 is formed on the semiconductor substrate 100 on which a predetermined lower structure (not shown) is formed to cover the lower structure. The insulating layer is etched to form a wiring forming region D. The wiring forming region D may be formed in a trench structure or a trench and via hole structure including a trench and at least one via hole connected to the trench according to a single damascene process or a dual damascene process.

도 2b를 참조하면, 상기 배선 형성 영역(D)의 표면을 포함한 절연막(102) 상에 비정질상을 갖도록 NbB2막(104)을 형성한다. 상기 NbB2막(104)은 10∼100Å의 두께를 갖도록 형성한다. Referring to FIG. 2B, an NbB 2 film 104 is formed on the insulating film 102 including the surface of the wiring formation region D to have an amorphous phase. The NbB 2 film 104 is formed to have a thickness of 10 to 100 GPa.

여기서, 상기 NbB2막(104)은 CVD(Chemical Vapor Deposition), 또는, ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성한다. 이때, 상기 CVD 및 ALD 공정은 상기 NbB2막(104)이 비정질상을 갖도록 400℃ 이하의 온도, 바람직하게, 100∼400℃의 온도 조건으로 수행한다.Here, the NbB 2 film 104 is formed by a chemical vapor deposition (CVD) or an atomic layer deposition (ALD) process. In this case, the CVD and ALD process is carried out at a temperature of 400 ℃ or less, preferably 100 ~ 400 ℃ so that the NbB 2 film 104 has an amorphous phase.

상기 CVD 및 ALD 공정은 Nb의 소오스 가스로서 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]를 사용하고, B의 소오스 가스로서 B2H6를 사용하며, 반응 가스로서 H2, Ar 및 N2 중 적어도 하나 이상을 사용하여 수행한다. 상기 CVD 공정은 상기 소오스 가스와 반응 가스를 함께 공급하여 수행하며, 상기 ALD 공정은 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]의 공급, H2의 공급, B2H6의 공급 및 Ar의 퍼지의 과정을 적어도 2회 이상 반복 수행한다. 그리고, 상기 CVD 공정은 100mTorr∼1000Torr의 압력 조건으로 수행하며, 상기 ALD 공정은 10mTorr∼100Torr의 압력 조건으로 수행한다.The CVD and ALD processes use [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ] as the source gas of Nb, B 2 H 6 as the source gas of B, and react. It is carried out using at least one of H 2 , Ar and N 2 as a gas. The CVD process is performed by supplying the source gas and the reactant gas together, and the ALD process [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ], H 2 , The procedure of feeding B 2 H 6 and purging Ar is repeated at least twice. The CVD process is performed under a pressure condition of 100 mTorr to 1000 Torr, and the ALD process is performed under a pressure condition of 10 mTorr to 100 Torr.

도 2c를 참조하면, 상기 NbB2막(104) 상에 10∼100Å의 두께를 갖는 Nb막(106)을 형성한다. 상기 Nb막(106)은 CVD, 또는, ALD 공정으로 형성하며, 상기 CVD 및 ALD 공정은 소오스 가스로서 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]를 사용하고, 반응 가스로서 H2, Ar 및 N2 중 적어도 하나 이상을 사용하여 수행한다. 그리고, 상기 CVD 공정은 100mTorr∼1000Torr의 압력 조건으로 수행하며, 상기 ALD 공정은 10mTorr∼100Torr의 압력 조건으로 수행한다.Referring to FIG. 2C, an Nb film 106 having a thickness of 10 to 100 microseconds is formed on the NbB 2 film 104. The Nb film 106 is formed by a CVD or ALD process, and the CVD and ALD processes use [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ] as a source gas. , At least one of H 2 , Ar and N 2 as the reaction gas. The CVD process is performed under a pressure condition of 100 mTorr to 1000 Torr, and the ALD process is performed under a pressure condition of 10 mTorr to 100 Torr.

그 결과, 상기 배선 형성 영역(D)의 표면을 포함한 절연막(102) 상에 비정질의 NbB2막(104)과 Nb막(106)의 적층 구조를 포함하는 확산방지막(108)이 형성된다. As a result, a diffusion barrier 108 is formed on the insulating film 102 including the surface of the wiring formation region D. The diffusion barrier 108 includes a layered structure of an amorphous NbB 2 film 104 and an Nb film 106.

도 2d를 참조하면, 상기 확산방지막(108) 상에 씨드막(110)을 형성한다. 상기 씨드막(110)은, 예컨대, 구리막으로 형성한다. 상기 씨드막(110) 상에 상기 배선 형성 영역(D)을 매립하도록 금속막(112a), 바람직하게, 구리막을 형성한다. 상기 구리막은, 예컨대, 전기도금(Electroplating) 방식으로 형성한다.Referring to FIG. 2D, the seed film 110 is formed on the diffusion barrier 108. The seed film 110 is formed of, for example, a copper film. A metal film 112a, preferably a copper film, is formed on the seed film 110 to fill the wiring forming region D. The copper film is formed by, for example, electroplating.

도 2e를 참조하면, 상기 금속막, 씨드막(110) 및 확산방지막(108)을 상기 절연막(102)이 노출되도록 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 상기 배선 형성 영역(D)을 매립하는 금속배선(112)을 형성한다. Referring to FIG. 2E, the metal film, the seed film 110, and the diffusion barrier film 108 may be formed by metal mechanical polishing (CMP) to expose the insulating film 102 to fill the wiring forming region D. 112).

이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선을 완성한다.Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to complete the metallization of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

이와 같이, 본 발명은 금속배선의 확산방지막을 NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하도록 형성하며, 특히, 상기 NbB2막은 결정 입계가 존재하지 않는 비정질상을 갖도록 형성함으로써, 상기 확산방지막의 두께를 종래 보다 증가시키지 않고도 상기 확산방지막의 특성을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 Nb막의 구리에 대한 고용성이 매우 낮고 비저항이 낮으므로 상기 확산방지막의 특성을 효과적으로 개선할 수 있다. As described above, the present invention forms the diffusion barrier of the metal wiring to include a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film, and in particular, the NbB 2 film is formed to have an amorphous phase in which no grain boundaries exist, thereby increasing the thickness of the diffusion barrier. It is possible to improve the characteristics of the diffusion barrier film without increasing the conventional. In addition, the present invention can effectively improve the characteristics of the diffusion barrier film because the Nb film has a very low solubility with respect to copper and low specific resistance.

따라서, 본 발명은 상기 특성이 개선된 확산방지막을 통해 구리막의 성분이 절연막으로 확산되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 본 발명은 소자 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can prevent the components of the copper film from being diffused into the insulating film through the diffusion preventing film having improved properties, and through this, the present invention can improve device characteristics and reliability.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선을 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view for explaining a metal wiring of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A through 2E are cross-sectional views illustrating processes of forming metal wirings of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

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

100 : 반도체 기판 102 : 절연막100 semiconductor substrate 102 insulating film

D : 배선 형성 영역 104 : NbB2막D: wiring formation region 104: NbB 2 film

106 : Nb막 108 : 확산방지막106: Nb film 108: diffusion barrier film

110 : 씨드막 112a : 금속막110: seed film 112a: metal film

112 : 금속배선112: metal wiring

Claims (23)

반도체 기판 상에 형성되며, 배선 형성 영역을 갖는 절연막;An insulating film formed on the semiconductor substrate and having wiring formation regions; 상기 절연막의 배선 형성 영역 표면 상에 형성되며, 비정질상을 갖는 NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막; 및A diffusion barrier film formed on the wiring formation region surface of the insulating film and including a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film having an amorphous phase; And 상기 확산방지막 상에 상기 절연막의 배선 형성 영역을 매립하도록 형성된 금속막;A metal film formed on the diffusion barrier to fill a wiring formation region of the insulating film; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.Metal wiring of a semiconductor device comprising a. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 확산방지막의 NbB2막과 Nb막은 각각 10∼100Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.The NbB 2 film and the Nb film of the diffusion barrier film each have a thickness of 10 to 100 GPa. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 확산방지막과 상기 금속막 사이에 개재된 씨드막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.And a seed film interposed between the diffusion barrier film and the metal film. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 씨드막은 구리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.The seed film is a metal wiring of the semiconductor device, characterized in that it comprises a copper film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 금속막은 구리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선.The metal layer of the semiconductor device, characterized in that the copper film comprises a copper film. 반도체 기판 상에 배선 형성 영역을 갖는 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film having a wiring formation region on the semiconductor substrate; 상기 배선 형성 영역의 표면을 포함한 절연막 상에 비정질상을 갖는 NbB2막과 Nb막의 적층 구조를 포함하는 확산방지막을 형성하는 단계; 및Forming a diffusion barrier film including a stacked structure of an NbB 2 film and an Nb film having an amorphous phase on the insulating film including the surface of the wiring formation region; And 상기 확산방지막 상에 상기 배선 형성 영역을 매립하도록 금속막을 형성하는 단계;Forming a metal film to fill the wiring forming region on the diffusion barrier film; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.Metal wiring forming method of a semiconductor device comprising a. 삭제delete 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 확산방지막의 NbB2막은 CVD(Chemical Vapor Deposition), 또는, ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The NbB 2 film of the diffusion barrier layer is formed by a chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) process. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 CVD 및 ALD 공정은 Nb의 소오스 가스로서 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]를 사용하고, B의 소오스 가스로서 B2H6를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CVD and ALD processes are performed using [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ] as the source gas of Nb and B 2 H 6 as the source gas of B. A metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 CVD 및 ALD 공정은 반응 가스로서 H2, Ar 및 N2 중 적어도 하나 이상을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CVD and ALD process is performed using at least one or more of H 2 , Ar and N 2 as a reaction gas. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 CVD 및 ALD 공정은 100∼400℃의 온도 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CVD and ALD process is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that performed at a temperature condition of 100 ~ 400 ℃. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 CVD 공정은 100mTorr∼1000Torr의 압력 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CVD process is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that carried out under a pressure condition of 100mTorr ~ 1000Torr. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 ALD 공정은 10mTorr∼100Torr의 압력 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The ALD process is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that carried out under a pressure condition of 10mTorr ~ 100Torr. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 ALD 공정은 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]의 공급, H2의 공급, B2H6의 공급 및 Ar의 퍼지의 과정을 적어도 2회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The ALD process is a process of supplying [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ], supplying H 2 , supplying B 2 H 6 , and purging Ar at least two times. Method for forming a metal wiring of the semiconductor device, characterized in that to perform repeatedly. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 확산방지막의 Nb막은 CVD, 또는, ALD 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The Nb film of the diffusion barrier layer is formed by a CVD or ALD process. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 CVD 및 ALD 공정은 소오스 가스로서 [CH3(C2H5)N]3Nb[NC(CH3)3]를 사용하고, 반응 가스로서 H2, Ar 및 N2 중 적어도 하나 이상을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CVD and ALD processes use [CH 3 (C 2 H 5 ) N] 3 Nb [NC (CH 3 ) 3 ] as the source gas and at least one of H 2 , Ar and N 2 as the reaction gas. The metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that performed by. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 CVD 공정은 100mTorr∼1000Torr의 압력 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The CVD process is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that carried out under a pressure condition of 100mTorr ~ 1000Torr. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 ALD 공정은 10mTorr∼100Torr의 압력 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.The ALD process is a metal wiring forming method of a semiconductor device, characterized in that carried out under a pressure condition of 10mTorr ~ 100Torr. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 확산방지막의 NbB2막과 Nb막은 각각 10∼100Å의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.And the NbB 2 film and the Nb film of the diffusion barrier layer are formed to have a thickness of 10 to 100 GPa, respectively. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 확산방지막을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 금속막을 형성하는 단계 전, After the forming of the diffusion barrier film, and before the forming of the metal film, 상기 확산방지막 상에 씨드막을 형성하는 단계;Forming a seed film on the diffusion barrier film; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.Forming a metal wiring of the semiconductor device further comprising. 제 21 항에 있어서, The method of claim 21, 상기 씨드막은 구리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.And the seed film comprises a copper film. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 금속막은 구리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속배선 형성방법.And the metal film comprises a copper film.
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