KR20010001543A - Method of Fabricating Semiconductor Device Employing Copper Interconnect Structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A copper metallization method for a semiconductor device is provided to enhance reliability of copper metallization by using a diffusion barrier. CONSTITUTION: A semiconductor substrate(10) is provided with a dielectric film(20) thereon. A via pattern is then formed in the dielectric film(20), and a titanium nitride thin film and an aluminum thin film are successively deposited on the dielectric film(20). The combined thin films act as a diffusion barrier(30). Next, a copper layer is deposited enough to fill the via pattern in the dielectric film(20). Thereafter, by a planarization process, a copper metallization pattern(50) is obtained in the planarized dielectric film(20). In particular, the diffusion barrier(30) is interposed between the copper metallization pattern(50) and the dielectric film(20). Aluminum in the diffusion barrier(30) is diffused in the titanium nitride thin film, and further, grain boundaries of the titanium nitride thin film are stuffed with the diffused aluminum. Accordingly, the succeeding diffusion of copper is effectively prevented.

Description

구리 배선 구조를 가지는 반도체 소자 제조 방법{Method of Fabricating Semiconductor Device Employing Copper Interconnect Structure}Method of fabricating a semiconductor device having a copper wiring structure {Method of Fabricating Semiconductor Device Employing Copper Interconnect Structure}

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에 있어서 배선 구조 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing method, and more particularly, to a wiring structure forming method in a semiconductor manufacturing process.

반도체 집적회로의 제조 공정은 크게 실리콘 기판에 소자들을 형성하는 공정과 이 소자들을 전기적으로 연결하는 공정으로 구분된다. 이중 소자들을 전기적으로 연결하는 공정을 배선 공정 또는 금속선 연결 공정(Metallization)이라 하는데, 이 공정은 소자의 집적도가 증가함에 따라 수율과 신뢰성을 향상시키는데 있어서 관건이 되고 있다.The manufacturing process of a semiconductor integrated circuit is largely divided into a process of forming elements on a silicon substrate and a process of electrically connecting the elements. The process of electrically connecting the dual devices is called a wiring process or metallization process (Metalization), which is a key to improving the yield and reliability as the integration of the device increases.

현재 배선 재료로 널리 쓰이고 있는 금속은 알루미늄이다. 그러나, 소자의 집적도가 증가함에 따라 배선 폭은 감소하고 총 길이는 증가하게 되고, 이에 따라 RC 시정수로 표시되는 신호전달 지연시간이 길어지게 된다. 또한 배선 폭이 감소함에 따라 전기적 이동(Electromigration)이나 응력 이동(Stress Migration)에 의한 배선의 단락이 중요한 문제로 대두되고 있다. 따라서, 동작 속도가 빠르고 신뢰성있는 소자를 제작하기 위하여 알루미늄보다 비저항이 작고 전기적 이동이나 응력 이동에 대한 저항성이 큰 구리를 이용하여 배선을 행하는 방향으로 배선 공정이 변화되는 추세에 있다.The metal widely used as wiring material is aluminum. However, as the degree of integration of the device increases, the wiring width decreases and the total length increases, thereby increasing the signal propagation delay time expressed by the RC time constant. In addition, as the wiring width decreases, a short circuit of the wiring due to electromigration or stress migration has become an important problem. Therefore, in order to fabricate a fast and reliable device, there is a tendency that the wiring process is changed in the direction of wiring using copper having a lower specific resistance than aluminum and having a higher resistance to electrical movement or stress movement.

그렇지만, 구리는 낮은 비저항과 높은 융점을 제외하면, 알루미늄이 가지고 있는 다른 우수한 물성들은 가지고 있지 않다. 예를 들어, 구리는 Al2O3과 같은 치밀한 보호피막이 없으며, 이산화규소(SiO2)에 대한 접착력이 나쁘고, 건식 식각이 어렵다. 또한, 구리는 실리콘 내에서 확산계수가 알루미늄보다 대략 106배정도 크며, 실리콘 내부로 확산한 구리는 밴드 갭(Band Gap)사이에 깊은 에너지 준위(Deep Level)를 형성하는 것으로 알려져 있다. 더욱이, 구리는 SiO2내에서 확산계수도 큰 것으로 알려져 있는데, 이는 구리 배선 사이의 절연 특성을 감소시키게 된다. 결국 실리콘이나 SiO2내에서 구리가 가지는 큰 확산계수는 소자의 신뢰성을 크게 저하시키게 된다. 따라서, 구리 배선 공정에서 소자의 신뢰성을 확보하기 위해서는, 구리의 실리콘 및 SiO2로의 빠른 확산을 방지할 수 있는 확산 방지막(Diffusion Barrier)을 개발하는 것이 필수적이다. 그런데 신뢰성이 높은 확산 방지막을 구리에 대하여 새로이 개발하는 것은 상당히 시간이 걸릴 수 있고, 이는 구리 배선 구조를 채용한 반도체 소자의 상용화를 지연시키는 요인이 될 수 있다.However, copper does not have the other excellent properties of aluminum, except for its low resistivity and high melting point. For example, copper does not have a dense protective film such as Al 2 O 3 , poor adhesion to silicon dioxide (SiO 2 ), and dry etching is difficult. In addition, copper has a diffusion coefficient of approximately 10 6 times greater than that of aluminum in silicon, and copper diffused into silicon is known to form a deep energy level between band gaps. Moreover, copper is known to have a high diffusion coefficient in SiO 2 , which reduces the insulating properties between copper interconnects. As a result, the large diffusion coefficient of copper in silicon or SiO 2 greatly reduces the reliability of the device. Therefore, in order to secure the reliability of the device in the copper wiring process, it is essential to develop a diffusion barrier film that can prevent the rapid diffusion of copper into silicon and SiO 2 . However, it may take a long time to develop a highly reliable diffusion barrier film for copper, which may delay the commercialization of a semiconductor device employing a copper wiring structure.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 알루미늄에 대하여 이미 신뢰성이 검증된 확산 방지막 구조를 응용하여 적용함으로써 구리 배선 구조의 반도체 소자의 상용화를 앞당길 수 있는 반도체 제조 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a semiconductor manufacturing method that can accelerate the commercialization of semiconductor devices having copper wiring structure by applying and applying a diffusion barrier film structure that has already been proven to be reliable for aluminum. It is a technical problem.

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 구리 배선 구조 형성 방법의 일 실시예를 보여주는 단면도들이다.1 to 6 are cross-sectional views showing one embodiment of a method for forming a copper wiring structure according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 구리 배선 구조의 실험예에 있어서 알루미늄 극박막 두께와 열처리 온도에 따른 시편의 면저항 측정 결과를 보여주는 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the sheet resistance measurement results of the specimen according to the aluminum ultra-thin film thickness and heat treatment temperature in the experimental example of the copper wiring structure according to the present invention.

도 8a 내지 8d는 구리 배선 구조의 실험예에 있어서 구리층과 알루미늄층 그리고 TiN 층을 에칭한 후에 드러난 실리콘 표면의 에치 피트(Etch Pit)를 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진들이다.8A to 8D are photographs of etch pits of a silicon surface exposed after etching a copper layer, an aluminum layer, and a TiN layer in an experimental example of a copper wiring structure.

발명의 이론적 배경Theoretical background of the invention

확산 방지막이란 확산에 의한 두 물질간의 혼합을 방지하기 위하여 두 물질사이에 삽입되는 물질을 말한다. 반도체 제조 공정에 있어서, 확산 방지막은 기판과 배선 재료사이의 확산을 방지하기 위해 사용될 뿐만 아니라, 배선 재료가 부도체막(Dielectric Film) 내부로 확산하는 것을 방지하기 위해서도 사용된다.The diffusion barrier refers to a material inserted between two materials to prevent mixing between two materials by diffusion. In the semiconductor manufacturing process, the diffusion barrier film is used not only to prevent diffusion between the substrate and the wiring material, but also to prevent the wiring material from diffusing into the dielectric film.

이와 같은 확산 방지막은 크게 수동 방지막(Passive Barrier), 비 방지막(Non-barrier), 단결정 방지막(Single Crystal Barrier), 희생 방지막(Sacrificial Barrier) 및 충진 방지막(Stuffed Barrier)으로 구분된다. 확산 방지막이 배선 재료 및 기판과의 사이에서 열역학적으로 안정하다면 수동 방지막 또는 비 방지막이 되고, 열역학적으로 불안정하여 배선 재료 및 기판과 반응을 한다면 희생 방지막이 된다. 열역학적으로 안정한 확산 방지막이 수동 방지막 또는 비 방지막이 되는 것은 확산 방지막의 결정립계(Grain Boundary)를 통한 확산과 관련이 있다. 즉, 열역학적으로 안정한 확산 방지막이 결정립계를 통해 확산하기 어려운 경우에는 수동 방지막이 되고, 결정립계를 통한 확산이 쉬우면 전혀 확산 방지막의 역할을 하지 못하는 비 방지막이 된다. 희생 방지막은 확산 방지막 자신이 배선 재료 또는 기판 물질과 반응함으로써 물질의 확산을 방지하게 된다. 반응에 의해 확산 방지막은 소모되는데, 일정 시간이 지난 후에 확산 방지막이 완전히 소모되면 확산 방지막의 기능을 상실하게 되지만 그전까지는 확산 방지막의 역할을 하게 된다.Such diffusion barriers are largely classified into passive barriers, non-barriers, single crystal barriers, sacrificial barriers, and stuffed barriers. If the diffusion barrier is thermodynamically stable between the wiring material and the substrate, the diffusion barrier is a passive barrier or a non-barrier, and if it is thermodynamically unstable and reacts with the wiring material and the substrate, it becomes a sacrificial barrier. The fact that the thermodynamically stable diffusion barrier becomes a passive barrier or a non-barrier is related to diffusion through grain boundaries of the diffusion barrier. That is, when the thermodynamically stable diffusion barrier film is difficult to diffuse through the grain boundary, it becomes a passive barrier film, and when diffusion through the grain boundary is easy, it becomes a non-protective film that does not serve as a diffusion barrier film at all. The sacrificial barrier film prevents diffusion of the material by the diffusion barrier film itself reacting with the wiring material or the substrate material. The diffusion barrier is consumed by the reaction. If the diffusion barrier is completely consumed after a certain time, the diffusion barrier loses its function, but until then, it acts as a diffusion barrier.

일반적으로 박막 제조 공정에 의하여 증착된 박막층은 다결정질을 형성하게 된다. 그런데, 다결정질 박막에서 결정립계를 통한 확산은 결정립(Bulk)을 통한 확산보다 훨씬 쉬우므로, 결정립계를 통한 확산을 방지하는 것은 매우 중요하다. 결정립계를 통한 확산을 방지하는 방법으로서, 첫 번째로는 결정립계가 없는 단결정이나 비정질을 확산 방지막으로 이용하는 것을 들 수 있고, 두 번째로는 이미 존재하는 결정립계를 차단하는 방안을 들 수 있다. 다결정질 박막에서 결정립계를 차단하는 모든 방법을 충진(Stuffing)이라 하며, 이러한 방지막을 충진 방지막이라 한다.In general, the thin film layer deposited by the thin film manufacturing process will form a polycrystalline. However, in the polycrystalline thin film, diffusion through grain boundaries is much easier than diffusion through grains, and therefore, it is very important to prevent diffusion through grain boundaries. As a method of preventing diffusion through grain boundaries, firstly, a single crystal or amorphous having no grain boundaries may be used as the diffusion barrier, and secondly, a method of blocking the existing grain boundaries may be mentioned. All methods of blocking grain boundaries in a polycrystalline thin film are called filling, and this prevention film is called a filling prevention film.

현재까지 연구된 확산 방지막의 충진 방법은 크게 질소(N2) 충진과 (O2) 충진으로 구분될 수 있다. 이중에서 질소 충진은 박막에 고용 한계를 초과하는 질소를 함유한 물질을 증착함으로써 질소가 결정립계에 석출되도록 하는 방향으로 연구가 진행되었고, 산소 충진은 박막 증착 후 공기 중에 노출시키거나 질소 분위기에서 열처리하여 분위기 중에 존재하는 산소가 박막의 결정립계를 통해 확산되도록 함으로써 충진이 이루어지게 하는 방향으로 연구가 진행되었다. 그렇지만 본 발명자들의 실험 결과에 따르면, 질소나 산소에 의한 충진 효과는 알루미늄에 대해서는 효율적으로 작용하지만, 구리에 대해서는 그다지 큰 효과가 없는 것으로 밝혀졌다.The methods of filling diffusion barriers studied so far can be divided into nitrogen (N 2 ) filling and (O 2 ) filling. Nitrogen filling was studied in the direction of depositing nitrogen at grain boundaries by depositing a substance containing nitrogen above the solid solution limit in the thin film. Oxygen filling was exposed to air after thin film deposition or heat-treated in nitrogen atmosphere. Research has been conducted in the direction of filling by allowing oxygen existing in the atmosphere to diffuse through the grain boundaries of the thin film. However, according to the experimental results of the present inventors, it was found that the filling effect by nitrogen or oxygen works efficiently on aluminum, but not very much on copper.

이러한 실험 결과는 열처리에 의해 질화티타늄(TiN) 박막 내에 함유된 산소는 대부분 결정립계를 따라 확산해 들어가 TiN 결정립의 표면을 산화시켜 티타늄과 결합된 상태로 존재하게 되는데, 이러한 산소는 결정립계를 따라 확산해 들어오는 알루미늄과 쉽게 반응하여 삼산화이알루미늄(Al2O3)을 형성하는 반면 구리와는 반응하지 않기 때문인 것으로 설명된다. 이러한 현상의 이유는 표 1에서 보여진 것과 같이 알루미늄 산화물의 생성열(Enthalpy of Formation)이 티타늄 산화물보다 음으로 더 크기 때문에 알루미늄은 티타늄과 결합하고 있는 산소와 결합하여 알루미늄 산화물을 형성하지만, 구리 산화물은 티타늄 산화물보다 생성열이 음으로 작기 때문에 결정립계를 따라 확산하는 구리는 티타늄과 결합된 산소와 반응할 수 없기 때문이다. 표 1은 티타늄, 알루미늄 및 구리 산화물의 생성열을 보여준다.As a result of this experiment, the oxygen contained in the titanium nitride (TiN) thin film by heat treatment mostly diffuses along the grain boundary, and the surface of the TiN grains is oxidized to exist in the state of being bonded with titanium. This oxygen diffuses along the grain boundary. It is explained that it easily reacts with the incoming aluminum to form dialuminum trioxide (Al 2 O 3 ) while it does not react with copper. The reason for this phenomenon is that since the heat of formation of aluminum oxide is negatively greater than that of titanium oxide, as shown in Table 1, aluminum combines with oxygen to form titanium oxide, but copper oxide forms titanium oxide. This is because copper, which diffuses along the grain boundary, cannot react with oxygen combined with titanium because the heat generated is less negative than that of oxide. Table 1 shows the heat of production of titanium, aluminum and copper oxides.

결합 형태Combined form 상Prize 298K에서의 생성열(kJ/몰)Heat generated at 298K (kJ / mol) Ti-OTi-O TiOTiO -519.7-519.7 Ti2O3 Ti 2 O 3 -1521.6-1521.6 Ti3O5 Ti 3 O 5 -2457.2-2457.2 TiO2 TiO 2 -944.0-944.0 Al-OAl-O Al2O3 Al 2 O 3 -1675.7-1675.7 Cu-OCu-O CuOCuO -168.6-168.6 Cu2OCu 2 O -157.3-157.3

이와 같이, 열처리한 TiN 박막은 알루미늄에 대해서는 우수한 충진 방지막으로 작용하지만, 구리에 대해서는 빠른 확산 경로가 작용하는 비 방지막으로 작용한다. 또한, 구리의 경우에는 산소뿐만 아니라 질소 등과의 반응성도 거의 없기 때문에 확산 방지막 내의 불순물을 함유시켜 성능을 향상시키는 것은 어려울 것으로 생각된다.Thus, the heat treated TiN thin film acts as an excellent anti-filling film for aluminum, but acts as a non-protective film with a fast diffusion path for copper. In addition, in the case of copper, since it has little reactivity with not only oxygen but also nitrogen, it is considered to be difficult to improve the performance by containing impurities in the diffusion barrier.

이러한 이유로 인하여, 구리 배선 공정에 이용할 수 있는 적합한 확산 방지막으로는 새로운 재료가 개발되어야 한다는 것이 지금까지의 일반적인 인식이었다. 이러한 접근법의 일 예로써, 물리적 기상 증착(PVD) 공정에 의한 Ta 또는 TaN이 새로운 재료로 각광을 받고 있으며, 아울러 이러한 재료를 화학 기상 증착(CVD) 공정에 의해 증착하려는 시도가 현재 활발히 진행되고 있다.For this reason, it has been common knowledge that new materials have to be developed as suitable diffusion barriers for use in copper wiring processes. As an example of this approach, Ta or TaN by physical vapor deposition (PVD) process is spotlighted as a new material, and attempts to deposit such material by chemical vapor deposition (CVD) process are currently actively underway. .

한편, 스퍼터링과 같은 직시형 증착법은 기판 모양에 따른 음영 효과로 인하여 종횡비(Aspect Ratio)가 큰 서브마이크론 접촉창에서 두께 불균일을 나타내므로, 초고집적 소자에서는 그 적용이 어려워지고 있다. 따라서 계단 도포성이 우수한 화학 기상 증착법에 의해 확산 방지막을 형성하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.On the other hand, the direct deposition method such as sputtering shows a thickness nonuniformity in a submicron contact window having a large aspect ratio due to the shading effect according to the shape of the substrate, and thus, it is difficult to apply it to an ultra-high density device. Therefore, studies are being actively conducted to form diffusion barriers by chemical vapor deposition with excellent stair coatability.

TiN은 융점이 대략 3220℃ 정도로 높아서 열적 안정성이 우수하고 또한 비저항이 작기 때문에, 오래 전부터 배선 재료인 알루미늄 합금과 실리콘 기판 사이의 확산 방지막으로 널리 사용되어왔다. TiN 박막의 화학 기상 증착법은 크게 사염화티타늄(TiCl4)이나 사요드화티타늄(TiI4)과 같은 무기 화합물과 NH3을 근원 가스로 이용하는 방법과, TDMAT(Tetrakisdimethylamido Titanium)나 TDEAT(Tetrakisdiethylamido Titanium)와 같은 금속 유기 화합물을 선구체를 이용하는 방법으로 구분될 수 있다. 우수한 물성과 계단 도포성을 가지는 TiN 박막들이 많은 연구자들에 의해 보고되었으며, 증착된 TiN 박막들은 알루미늄에 대한 확산 방지막이나 텅스텐 증착시의 접착층 및 핵생성 촉진층으로 성공적으로 이용될 수 있는 것으로 알려졌다. 그렇지만, CVD에 의해 증착된 TiN 박막의 구리에 대한 확산 방지막 특성에 대한 보고는 소수에 불과하였으며, 보고된 확산 방지막 특성도 그리 우수하지 않은 것으로 알려지고 있다.Since TiN has a high melting point of about 3220 ° C., which is excellent in thermal stability and small in resistivity, TiN has been widely used as a diffusion barrier between an aluminum alloy and a silicon substrate as a wiring material. Chemical vapor deposition of TiN thin films is mainly performed by using inorganic compounds such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) or titanium tetrachloride (TiI 4 ) and NH 3 as a source gas, and TDMAT (Tetrakisdimethylamido Titanium) or TDEAT (Tetrakisdiethylamido Titanium) Metal organic compounds can be divided into methods using precursors. TiN thin films with excellent physical properties and stair coatability have been reported by many researchers, and the deposited TiN thin films can be successfully used as a diffusion barrier for aluminum or as an adhesion layer and nucleation promoting layer during tungsten deposition. However, there are only a few reports on the diffusion barrier properties of copper in TiN thin films deposited by CVD, and the reported diffusion barrier properties are not so excellent.

한편, 질화탄탈륨(TaN)은 구리와 열역학적으로 안정하기 때문에, 이를 구리 배선 공정에서의 확산 방지막으로 사용하기 위한 연구들이 많은 관심 속에 진행되고 있다. 이미 PVD에 의해 증착된 TaN은 구리에 대한 확산 방지막으로서 우수한 특성을 가지는 것으로 확인되었다. CVD에 의한 TaN 박막에 대한 연구는, TiN과 마찬가지로, 오염화탄탈륨(TaCl5)이나 오브롬화탄탈륨(TaBr5)과 같은 무기 화합물과 질소(N2) 또는 암모니아(NH3)를 근원 가스로 이용하거나, PDMAT(Pentakis-dimethyl-amido Tantalum)나 PDEAT(Pentakis-diethyl-amido Tantalum) 또는 TBTDET(Tertbutylimidotrisdiethylamido Tantalum) 등과 같은 유기 화합물을 선구체를 이용하여 이루어지고 있다. 그런데, Ta-N 계에서는 낮은 온도에서 TaN보다 열역학적으로 더 안정한 절연체인 오염화삼탄탈륨(Ta3N5)이라는 상이 존재하기 때문에, CVD에 의해 우수한 물성을 가진 TaN 박막을 증착하는 데에는 현재까지 큰 어려움을 겪고 있다.On the other hand, since tantalum nitride (TaN) is thermodynamically stable with copper, studies for using it as a diffusion barrier in a copper wiring process are proceeding with much interest. TaN already deposited by PVD has been found to have excellent properties as a diffusion barrier for copper. Studies on TaN thin films by CVD, like TiN, use inorganic compounds such as tantalum pentachloride (TaCl 5 ) or ophthalan tantalum (TaBr 5 ) and nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ) as source gases. In addition, organic compounds such as PDMAT (Pentakis-dimethyl-amido Tantalum), PDEAT (Pentakis-diethyl-amido Tantalum) or TBTDET (Tertbutylimidotrisdiethylamido Tantalum) are made by using precursors. However, in the Ta-N system, since there is a phase called tritantalum chloride (Ta 3 N 5 ), which is a thermodynamically more stable insulator than TaN at low temperatures, it is difficult to deposit a TaN thin film having excellent physical properties by CVD. Are going through.

질화텅스텐(WN)은 아직까지 많은 연구가 이루어지지는 않았지만, 우수한 확산 방지막 특성을 가질 것으로 예상되는 β-W2N의 조성 범위가 넓은 영역에 걸쳐 있어 프로세스 윈도우가 넓으리라 여겨지고 있고, 무엇보다도 CVD에 의해 증착하는 경우 육플루오르화텅스텐(WF6)이라는 기체 상태의 선구체가 존재한다는 장점이 있기 때문에 대량 생산 측면에서 매우 유리할 것으로 예상된다. 그러나 현재까지의 연구 결과로 볼 때, 기존의 확산 방지막보다 뛰어난 특성을 보이고 있지는 않다. 특히 구리에 대한 확산 방지막 특성에 대한 보고가 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.Tungsten nitride (WN) has not been studied much yet, but it is considered that the process window is wide because the composition range of β-W 2 N, which is expected to have excellent diffusion barrier properties, is wide. It is expected to be very advantageous in terms of mass production because of the advantage of the presence of a gaseous precursor called tungsten hexafluoride (WF 6 ). However, the results of the present research do not show superior properties to existing diffusion barriers. In particular, there are few reports on the diffusion barrier properties of copper.

위에서 기술한 이원계 확산 방지막 이외에 구리의 확산에 있어서 보다 쉬운 확산 경로가 되는 결정립계를 완전히 제거해 주기 위하여 비정질의 확산 방지막을 제작하려는 노력이 진행되고 있다. 즉, Ti-N, Ta-N 그리고 W-N계에 실리콘이나 붕소 등의 원소를 첨가하여 다결정질 박막을 비정질 박막으로 대체하려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나 현재까지 PVD 방법으로는 우수한 특성을 가진 확산 방지막을 증착한 바 있지만, CVD 방법에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다.In addition to the above-described binary diffusion barrier, efforts have been made to fabricate an amorphous diffusion barrier to completely remove grain boundaries, which are easier diffusion paths for copper diffusion. That is, research is being made to replace polycrystalline thin films with amorphous thin films by adding elements such as silicon or boron to Ti-N, Ta-N, and W-N based materials. However, to date, the PVD method has deposited a diffusion barrier film having excellent characteristics, but little research has been conducted on the CVD method.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명은 알루미늄 배선에 사용되는 TiN 박막이 알루미늄에 대하여 효과적인 확산 방지막으로 작용하는 이유가 TiN 박막에 함유되어 있는 산소가 알루미늄과 결합함에 기인한다는 사실에 착안하여, TiN 박막과 극박막의 알루미늄 중간층의 복합 구조를 구리 배선 공정에 있어서 확산 방지막으로 사용하게 된다. 즉, 본 발명에 있어서는, TiN 박막 위에 알루미늄 극박막을 증착한 후, 다시 그 위에 구리층을 증착하여 열처리하게 된다. 이때, 알루미늄이 TiN층으로 확산하여 들어가 산소와 반응하여 효과적으로 TiN 결정립계를 충진함으로써, 그후에 확산해 들어오는 구리의 확산을 효과적으로 막아주게 된다. 이때, 알루미늄층은 최소한의 두께를 가지도록 형성함으로써 실질적인 배선은 구리층으로 이루어지도록 한다. 아울러, 알루미늄의 구리층으로의 상호확산을 최대한 억제하여 구리층의 비저항이 영향을 받지 않도록 하여야 한다. 이와 같이 알루미늄 배선 공정에서 통상적으로 사용되는 확산 방지막과 알루미늄 극박막을 결합하게 되는 경우, 결합된 복합 층 구조는 구리 배선 공정에 있어서 구리의 확산을 효과적으로 막아주는 우수한 특성의 확산 방지막으로 작용하게 된다.The present invention focuses on the fact that the TiN thin film used for the aluminum wiring acts as an effective diffusion barrier for aluminum due to the bonding of the oxygen contained in the TiN thin film with aluminum. The composite structure is used as a diffusion barrier in the copper wiring process. That is, in the present invention, after depositing an ultra-thin aluminum film on the TiN thin film, a copper layer is further deposited on the TiN thin film to be heat-treated. At this time, aluminum diffuses into the TiN layer, reacts with oxygen, and effectively fills the TiN grain boundary, thereby effectively preventing diffusion of copper which subsequently diffuses. At this time, the aluminum layer is formed to have a minimum thickness so that the actual wiring is made of a copper layer. In addition, the mutual diffusion of aluminum to the copper layer should be suppressed as much as possible so that the resistivity of the copper layer is not affected. As such, when the diffusion barrier layer and the aluminum ultrathin layer, which are commonly used in the aluminum interconnection process, are combined, the combined composite layer structure acts as a diffusion barrier of excellent characteristics effectively preventing the diffusion of copper in the copper interconnection process.

실시예Example

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

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체 제조 방법의 일 실시예를 보여준다. 도 1에는 반도체 소자의 일부가 도시되어 있는데, 상기 반도체 소자는 기판(10)과 상기 기판(20)상에 형성되는 부도체막(20)을 포함한다. 반도체 기판(10)에는 다수의 소자들이 형성되어 있는데, 이들 소자들로는 예컨대 금속산화막반도체(MOS) 트랜지스터나 이중접합 트랜지스터(BJT) 및 저항 등을 들 수 있다. 이러한 소자들은 도시된 단계 이전의 제조 공정에서 이미 형성되어 있다. 한편, 도시된 반도체 소자는 다층 배선 구조를 채용하는 것일 수 있는데, 이러한 경우 기판(10)은 반도체 소자들과 상기 소자들을 전기적으로 연결하는 금속 배선층을 포함할 수도 있다. 부도체막(20)은 예컨대 이산화규소(SiO2)나 사질화삼규소(Si3N4)가 될 수 있으며, 도핑된 유리층이 될 수도 있다. 부도체막은 그 종류에 따라 화학 기상 증착법이나 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD) 등이 사용된다. 바람직한 실시예에 있어서는, 이산화규소(SiO2)가 CVD에 의하여 증착된다.1 to 6 show an embodiment of a semiconductor manufacturing method according to the present invention. 1 illustrates a portion of a semiconductor device, which includes a substrate 10 and an insulator film 20 formed on the substrate 20. A plurality of devices are formed in the semiconductor substrate 10, and examples of the devices may include a metal oxide semiconductor (MOS) transistor, a double junction transistor (BJT), and a resistor. Such devices have already been formed in the manufacturing process before the steps shown. Meanwhile, the illustrated semiconductor device may employ a multilayer wiring structure. In this case, the substrate 10 may include a semiconductor wiring layer and a metal wiring layer electrically connecting the devices. The insulator film 20 may be, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) or trisilicon tetrasilicon (Si 3 N 4 ), or may be a doped glass layer. According to the kind of non-conductive film, chemical vapor deposition, plasma chemical vapor deposition, etc. are used. In a preferred embodiment, silicon dioxide (SiO 2 ) is deposited by CVD.

다음에는, 도 2에 도시된 바와 같이 부도체막에 비아(Via) 패턴(22)이 형성된다. 비아 패턴(22)은 그 경계를 정의해주는 마스크를 사용하여 반응성 이온 에칭을 수행함으로써 형성된다. 금속선이 기판 상의 소자 또는 저층의 금속선에 접촉하는 접촉창에 있어서는 비아 패턴(22)이 부도체막(20)을 관통하여 기판(10)에 이르도록 형성된다. 그렇지만 접촉창 이외의 필드 영역에 있어서는, 비아 패턴(22)이 기판(10)에 이르지 않을 정도로 형성된다. 도 1 내지 도 6은 필드 영역에 대한 비아 패턴을 도시한 것이다.Next, as illustrated in FIG. 2, a via pattern 22 is formed on the insulator film. Via pattern 22 is formed by performing reactive ion etching using a mask defining its boundaries. In the contact window where the metal line contacts the element on the substrate or the metal layer of the lower layer, the via pattern 22 penetrates through the non-conductive film 20 to reach the substrate 10. However, in the field region other than the contact window, the via pattern 22 is formed so as not to reach the substrate 10. 1 through 6 illustrate via patterns for the field region.

비아 패턴이 형성된 부도체막에는 도 3에 도시된 바와 같이 TiN 박막(32)이 CVD에 의해 증착된다. 바람직한 실시예에 있어서, TiN 박막(32)은 200 옹스트롬 정도의 두께로 증착된다. 다음에는, 증착된 TiN 박막(32)을 공기 중에 노출시킨 후 도 4에 도시된 바와 같이 알루미늄 극박막(34)을 CVD에 의해 증착한다. 바람직한 실시예에 있어서, 알루미늄 극박막(34)은 5-20 나노미터(nm)의 두께로 증착된다. 증착된 TiN 박막(32) 및 알루미늄 극박막(34)의 복합 층 구조는 확산 방지막(30)으로서 작용하게 된다.As shown in FIG. 3, a TiN thin film 32 is deposited by CVD on the insulator film having the via pattern formed thereon. In a preferred embodiment, the TiN thin film 32 is deposited to a thickness of about 200 angstroms. Next, after the deposited TiN thin film 32 is exposed to air, an aluminum ultrathin film 34 is deposited by CVD as shown in FIG. 4. In a preferred embodiment, the aluminum ultrathin film 34 is deposited to a thickness of 5-20 nanometers (nm). The composite layer structure of the deposited TiN thin film 32 and the ultra-thin aluminum film 34 serves as the diffusion barrier 30.

도 5에 있어서는 비아 패턴을 메울 수 있을 정도로 구리막(40)이 증착된다. 구리막(40)의 증착은 PVD나 전기도금(Electroplating), 또는 금속유기화학 기상 증착법(MOCVD)에 의해 이루어진다. 구리막 증착이 완료된 후에는 도 6에 도시된 형태로 반도체 소자를 평탄화시키게 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 평탄화 공정은 화학적-기계적 연마(CMP)에 의해 비선택적으로 TiN 박막(34)과 알루미늄 극박막(34)과 구리막(40)을 제거함으로써 이루어진다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 비선택적 플라즈마 에칭 공정에 의해 평탄면이 만들어질 수도 있다. 평탄화가 완료되면, 반도체 소자 상에는 평탄화된 부도체막(20) 상에 구리 배선 패턴(50)이 노출된 상태로 있게 되며, 부도체막(20)과 배선 패턴(50) 사이에는 TiN 박막(32)과 알루미늄 극박막(34)으로 구성된 확산 방지막(30)이 삽입되어 있게 된다. 한편, 위와 같은 공정에 있어서, 적층된 구조물에 대해 적어도 한 번의 열처리가 행해지게 된다.In FIG. 5, the copper film 40 is deposited to fill the via pattern. The deposition of the copper film 40 is performed by PVD, electroplating, or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). After the copper film deposition is completed, the semiconductor device is planarized in the form shown in FIG. 6. In a preferred embodiment, the planarization process is achieved by non-selectively removing the TiN thin film 34, the aluminum ultrathin film 34, and the copper film 40 by chemical-mechanical polishing (CMP). Meanwhile, in another embodiment of the present invention, a flat surface may be made by a non-selective plasma etching process. When the planarization is completed, the copper wiring pattern 50 is exposed on the planarized nonconductive film 20 on the semiconductor device, and the TiN thin film 32 and the TiN thin film 32 are interposed between the nonconductive film 20 and the wiring pattern 50. The diffusion barrier 30 composed of the aluminum ultrathin film 34 is inserted. On the other hand, in the above process, at least one heat treatment is performed on the laminated structure.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따라 구현되는 구리 배선 구조의 실험예들을 보여주는 도면이다. 도시된 실험예에 있어서는, 8인치 실리콘 웨어퍼 상에 TDMAT 단일 선구체를 이용하여 열분해 증착법으로 TiN 박막을 200 옹스트롬의 두께로 증착하였다. 이 시편을 1x1 inch2의 크기로 절단한 다음, 그 위에 직류 마그네트론 스퍼터를 사용하여 알루미늄과 구리를 연이어서 증착하고, 5x10-6토르(Torr) 이하의 진공 분위기에서 열처리하였다. 열처리는 1 시간동안 실행하였는데, 열처리 온도는 500-700 ℃ 사이의 온도 구간에서 50 ℃ 간격으로 차등화하였다. 열처리를 마친 시편들에 대해 4점 프로브(Four-point Probe)를 사용하여 면저항을 측정하였다. 도 7은 알루미늄 극박막 두께와 열처리 온도에 따른 시편의 면저항 측정 결과를 보여준다. 도시된 바와 같이, 알루미늄을 10 nm 이상 증착한 시편은 구리만 증착한 시편(A)에 비해 구리의 확산을 효과적으로 막아주게 된다.7 and 8 are diagrams showing experimental examples of the copper wiring structure implemented according to the present invention. In the experimental example shown, a TiN thin film was deposited to a thickness of 200 angstroms by pyrolytic deposition using a TDMAT single precursor on an 8 inch silicon wafer. The specimens were cut to a size of 1 × 1 inch 2 , and subsequently aluminum and copper were deposited successively using DC magnetron sputter thereon, and heat-treated in a vacuum atmosphere of 5 × 10 −6 Torr or less. The heat treatment was carried out for 1 hour, the heat treatment temperature was differentiated at 50 ℃ interval in the temperature range between 500-700 ℃. Sheet resistance was measured using a four-point probe on the heat-treated specimens. 7 shows the sheet resistance measurement results of the specimen according to the aluminum ultra-thin film thickness and the heat treatment temperature. As shown, the specimen in which aluminum is deposited more than 10 nm effectively prevents the diffusion of copper compared to the specimen (A) in which only copper is deposited.

다음에는, 확산 방지막의 파괴 온도를 평가하기 위하여 구리층과 알루미늄층 그리고 TiN 층을 화학 용액을 사용하여 제거한 후 실리콘 표면을 세코(Secco) 에칭하였다. 도 8a 내지 8d는 에칭 후에 드러난 실리콘 표면의 에치 피트(Etch Pit)를 주사 전자 현미경으로 관찰한 사진들이다. 도 8a 내지 8d는 도 7의 네 가지 종류의 시편들(A, B, C, D)에 각각 대응하는 것으로서, 모두 650 ℃에서 열처리된 것들이다. 도시된 바와 같이, 알루미늄층이 두꺼워짐에 따라 에치 피트의 크기와 밀도가 급격히 작아지는 것을 알 수 있다.Next, in order to evaluate the breakdown temperature of the diffusion barrier, the copper layer, the aluminum layer, and the TiN layer were removed using a chemical solution, and then the silicon surface was Secco etched. 8A to 8D are photographs of an etch pit of the silicon surface exposed after etching with a scanning electron microscope. 8A to 8D correspond to the four types of specimens A, B, C, and D of FIG. 7, respectively, and are all heat-treated at 650 ° C. FIGS. As shown, it can be seen that as the aluminum layer becomes thicker, the size and density of the etch pit decreases rapidly.

파괴 온도 평가 결과, 알루미늄층이 없이 구리만 증착한 시편은 진공 분위기에서 500 ℃에서 1 시간동안 열처리한 후에 확산 방지막의 파괴가 일어난 반면에, 알루미늄을 10 nm 이상 증착한 시편은 동일한 분위기에서 700 ℃에서 1 시간동안 열처리한 후에도 파괴가 일어나지 않았다. 이와 같은 결과는 갓 증착한 CVD-TiN 박막은 미세 구조가 치밀하지 않아 20 at% 이상의 산소를 포함하고 있기 때문에 열처리 과정 중에 확산해 들어오는 알루미늄과 만나 알루미늄 산화물을 결정립계에 형성함으로써 구리의 확산을 방해한 것으로 이해된다.As a result of evaluating the fracture temperature, the copper-only specimen without aluminum layer was annealed at 500 ° C. for 1 hour in a vacuum atmosphere, while the diffusion barrier was destroyed. No destruction occurred after heat treatment for 1 hour at. These results indicate that the freshly deposited CVD-TiN thin film is not dense and contains more than 20 at% of oxygen. Therefore, the newly deposited CVD-TiN thin film meets the aluminum diffused during the heat treatment process and forms aluminum oxide at the grain boundary, thereby preventing the diffusion of copper. It is understood that.

한편, 이상의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시하는 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 바람직한 실시예에 있어서는 중간 금속 박막으로 알루미늄이 사용되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 중간 금속 박막으로 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 등과 같이 산화가 잘되는 여타의 금속 물질이 사용될 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에 있어서는 중간 금속 박막이 단일 층으로 구성되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 중간 금속 박막이 다층의 박막으로 이루어질 수도 있다. 아울러, 중간 금속 박막은 화학 기상 증착법(CVD)대신에 물리 기상 증착법(PVD)나 전해 도금(Electrode Plating), 무전해 도금(Electrodeless Plating), 습식 화학적 혼합(Wet Chemical Contamination), 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 등과 같은 여타의 공정에 의해 형성될 수도 있다.On the other hand, the above description merely illustrates a preferred embodiment of the present invention, the present invention may be variously modified without being limited thereto. For example, in the preferred embodiment, aluminum is used as the intermediate metal thin film, but in another embodiment of the present invention, other metals well oxidized such as zirconium (Zr), titanium (Ti), and chromium (Cr) as the intermediate metal thin film. Materials can be used. In addition, in the preferred embodiment, the intermediate metal thin film is composed of a single layer, but in another embodiment of the present invention, the intermediate metal thin film may be formed of a multilayer thin film. In addition, instead of chemical vapor deposition (CVD), intermediate metal thin films may be physical vapor deposition (PVD), electroplating, electrolessless plating, wet chemical contamination, atomic layer deposition (atomic layer deposition). It may be formed by other processes such as Layer Deposition (ALD).

이상의 바람직한 실시예에 대한 설명에 있어서는 확산 방지막으로 질화티타늄(TiN)의 사용을 예시하였지만, 이러한 실시예가 변형된 다른 실시예에 있어서는 질화탄탈륨(TaN), 질화텅스텐(WN) 등이 확산 방지막으로 사용될 수도 있다. 그리고 이러한 확산 방지막 재료들 역시 CVD로 증착될 수 있다.In the above description of the preferred embodiment, the use of titanium nitride (TiN) is illustrated as the diffusion barrier, but in other embodiments in which this embodiment is modified, tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), or the like is used as the diffusion barrier. It may be. And these diffusion barrier materials can also be deposited by CVD.

한편, 이상에서 설명한 구리 배선 구조 형성 방법은 접촉창에 대한 언급이 없이 부도체 상에서 길게 연장되어 있는 배선을 중심으로 설명하였지만, 실제 반도체 제조 공정에 있어서는 금속선이 기판 상에 형성된 소자 또는 하층의 금속선과 부분적으로 접촉되도록 하기 위한 접촉창이 형성될 수 있다. 이러한 접촉창에 있어서는, 접촉창 저면에 위치한 기판 또는 하층의 금속선 상에 확산 방지막이 증착되고, 다시 확산 방지막 상에 중간 금속 박막이 증착되며, 구리막은 중간 금속 박막 상에 증착된다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 접촉창에 있어서는 구리막이 증착되지 않고 중간 금속만으로 오믹 접촉이 형성되고, 필드 영역에 있어서만 구리 배선 구조가 채용될 수도 있다.Meanwhile, the method for forming a copper wiring structure described above has been described based on a wiring extending on a non-conductor without mentioning a contact window. However, in an actual semiconductor manufacturing process, a metal line is partially formed with a metal line formed on a substrate or a metal layer of a lower layer. A contact window may be formed to allow contact with the device. In such a contact window, a diffusion barrier film is deposited on the substrate or the lower metal line located on the bottom of the contact window, an intermediate metal thin film is deposited on the diffusion barrier film, and a copper film is deposited on the intermediate metal thin film. On the other hand, in another embodiment of the present invention, in the contact window, an ohmic contact may be formed using only an intermediate metal without depositing a copper film, and a copper wiring structure may be adopted only in the field region.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 구리 배선 구조에 있어서는 종래에 알루미늄 배선 구조에 대해 사용하였던 확산 방지막 예컨대 TiN막과 알루미늄 극박막의 합성 층 구조를 확산 방지막으로 사용하게 된다. 이와 같이 종래의 확산 방지막의 동작 메커니즘을 응용하여 구리 배선 구조에 대한 확산 방지막을 형성함으로 말미암아, 구리 배선 구조를 위해 새로운 확산 방지막 재료를 별도로 개발하는 것에 대한 시급성이 낮아지게 된다. 아울러 구리 배선을 위한 확산 방지막을 보다 쉽게 확립함으로써, 배선 재료로써의 구리의 상용화를 앞당길 수 있게 되는 효과가 있다.As described above, in the copper wiring structure according to the present invention, a diffusion barrier film such as a TiN film and an aluminum ultrathin film, which has conventionally been used for aluminum wiring structures, is used as the diffusion barrier film. Thus, by applying the operation mechanism of the conventional diffusion barrier film to form a diffusion barrier for the copper wiring structure, the urgent need to separately develop a new diffusion barrier material for the copper wiring structure. In addition, it is possible to more easily establish a diffusion barrier for copper wiring, thereby facilitating the commercialization of copper as a wiring material.

Claims (8)

반도체 기판 상에 부도체막을 형성하는 단계;Forming an insulator film on the semiconductor substrate; 상기 부도체막 상에 확산 방지막을 형성하는 단계;Forming a diffusion barrier on the insulator film; 상기 확산 방지막 상에 중간 금속 박막을 형성하는 단계; 및Forming an intermediate metal thin film on the diffusion barrier layer; And 상기 인터페이스층 상에 구리막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.Forming a copper film on the interface layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중간 금속 박막을 구성하는 중간 금속 재료의 산화물이 상기 확산 방지막의 결정립계를 충진하도록 상기 구리막이 형성된 상기 반도체 소자를 열처리하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자 제조 방법.And heat-treating the semiconductor device on which the copper film is formed so that the oxide of the intermediate metal material constituting the intermediate metal thin film fills the grain boundaries of the diffusion barrier film. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 중간 금속 박막은 알루미늄, 지르코늄, 티타늄 및 크롬 및 그 조합에서 선택된 하나로 형성되는 반도체 소자 제조 방법.The intermediate metal thin film is a semiconductor device manufacturing method is formed of one selected from aluminum, zirconium, titanium and chromium and combinations thereof. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 중간 금속 박막은 다층의 박막으로 구성되는 반도체 소자 제조 방법.The intermediate metal thin film is a semiconductor device manufacturing method consisting of a multi-layer thin film. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 중간 금속 박막은 물리 기상 증착법, 화학 기상 증착법, 전해 도금, 무전해 도금, 습식 화학적 혼합, 원자층 증착으로 구성된 공정 그룹에서 선택된 하나의 공정에 의해 형성되는 반도체 소자 제조 방법.The intermediate metal thin film is formed by one process selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, electrolytic plating, electroless plating, wet chemical mixing, atomic layer deposition. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 확산 방지막은 질화티타늄, 질화탄탈륨, 질화텅스텐으로 구성된 그룹에서 선택된 하나로 형성되는 반도체 소자 제조 방법.The diffusion barrier layer is formed of one selected from the group consisting of titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride. 반도체 기판 상에 부도체막을 형성하는 단계;Forming an insulator film on the semiconductor substrate; 상기 부도체막 상에 비어 패턴을 형성하는 단계;Forming a via pattern on the insulator film; 질화티타늄, 질화탄탈륨, 질화텅스텐으로 구성된 그룹에서 선택된 하나를 사용하여 상기 부도체막 및 비어 패턴을 덮는 확산 방지막을 형성하는 단계;Forming a diffusion barrier layer covering the insulator layer and the via pattern using one selected from the group consisting of titanium nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride; 알루미늄, 지르코늄, 티타늄 및 크롬 및 그 조합에서 선택된 하나를 사용하여 상기 확산 방지막 상에 중간 금속 박막을 형성하는 단계;Forming an intermediate metal thin film on the diffusion barrier using one selected from aluminum, zirconium, titanium and chromium and combinations thereof; 상기 인터페이스층 상에 구리막을 형성하는 단계; 및Forming a copper film on the interface layer; And 상기 중간 금속 박막을 구성하는 중간 금속 재료의 산화물이 상기 확산 방지막의 결정립계를 충진하도록 상기 구리막이 형성된 상기 반도체 소자를 열처리하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.And heat-treating the semiconductor device on which the copper film is formed so that an oxide of the intermediate metal material constituting the intermediate metal thin film fills the grain boundaries of the diffusion barrier film. 반도체 기판 상에 제1 구리막을 형성하는 단계;Forming a first copper film on the semiconductor substrate; 상기 제1 구리막 상에 층간 부도체막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulator film on the first copper film; 상기 층간 부도체막을 식각하여 상기 제1 구리막을 노출시키는 접촉창을 형성하는 단계;Etching the interlayer insulator film to form a contact window exposing the first copper film; 질화티타늄, 질화탄탈륨, 질화텅스텐으로 구성된 그룹에서 선택된 하나를 사용하여 상기 층간 부도체막 및 접촉창을 덮는 확산 방지막을 형성하는 단계;Forming a diffusion barrier layer covering the interlayer insulator film and the contact window using one selected from the group consisting of titanium nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride; 알루미늄, 지르코늄, 티타늄 및 크롬 및 그 조합에서 선택된 하나를 사용하여 상기 확산 방지막 상에 중간 금속 박막을 형성하는 단계;Forming an intermediate metal thin film on the diffusion barrier using one selected from aluminum, zirconium, titanium and chromium and combinations thereof; 상기 인터페이스층 상에 제2 구리막을 형성하는 단계; 및Forming a second copper film on the interface layer; And 상기 중간 금속 박막을 구성하는 중간 금속 재료의 산화물이 상기 확산 방지막의 결정립계를 충진하도록 상기 제2 구리막이 형성된 상기 반도체 소자를 열처리하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.And heat-treating the semiconductor device on which the second copper film is formed so that the oxide of the intermediate metal material constituting the intermediate metal thin film fills the grain boundaries of the diffusion barrier film.
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