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KR100317495B1 - 반도체 소자의 금속배선 형성방법 - Google Patents

반도체 소자의 금속배선 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명은 금속 배선의 장벽금속층으로 CoTi막을 이용하므로 구리 또는 다른 금속 배선의 확산 특성으로 인한 문제점을 해소시키고 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법이 개시된다.

Description

반도체 소자의 금속 배선 형성방법{Method of forming a metal line in a semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 구리 배선 형성시 구리의 확산을 억제시켜 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 고집적화에 따라 금속 배선은 낮은 저항의 금속이 요구되는데, Cu 금속은 낮은 저항성 및 좋은 EM(Electromigration)특성으로 인하여 금속 배선 공정에 많이 채택되고 있다.
종래 반도체 소자의 금속 배선 형성방법은 반도체 기판 상에 절연막을 형성한 후 반도체 기판이 노출 되도록 콘택 홀을 형성한다. 콘택 홀에 글루 (glue)층인 Ti막과 장벽금속층인 TiN막을 형성한 후 구리(Cu)막을 증착 및 패터닝하여 금속배선을 형성한다.
상기에서, 구리막의 비저항은 1.69 μΩcm 로 Al 의 2.7 내지 3.0 μΩcm보다 매우 낮기 때문에 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으나, 구리막은 확산 특성이 우수하여 소자 접합부의 콘택되는 부분을 통하여 구리가 확산되어 트랜지스터의 전기적 특성을 저하 시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 구리 배선의 확산을 방지할 수 있고 고열에 매우 안정된 물질을 장벽 금속층으로 이용하여 소자의 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법은 콘택 홀이 형성된 기판 상에 Ti막 및 CoTi막을 순차적으로 증착한 후 급속열공정을 실시하여 장벽 금속층을 형성하는 단계; 및 전체 상부면에 금속층을 형성한 후 상기 금속층 및 장벽금속층을 패터닝하여 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉
10 : 기판 11 : 절연막
12 : Ti막 13 : CoTi막
14 : 금속층 15 : 콘택 홀
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 절연막(11)을 형성한 후 기판(10)이 노출 되도록 콘택 홀(15)을 형성한다. 콘택 홀(15)이 형성된 전체 상부면에 Ti막(12) 및 CoTi막 (13)을 순차적으로 증착한다.
상기에서, 기판(10)은 웰 및 접합부가 형성된 반도체 기판이거나, 다층 금속 배선구조에서 하부 금속 배선이거나, 기타 반도체 소자의 전극으로 사용되는 도전성 패턴을 포함한다.
Ti막(12)은 400 내지 500℃ 의 증착온도 및 10 내지 20 mTorr 압력에서 스퍼터링 방법으로 증착한다.
CoTi막(13)은 300 내지 400℃ 의 증착온도 및 10 내지 20 mTorr 압력에서 Co-Ti 혼합 구조를 이용하거나 Co 타겟 및 Ti 타겟을 각각 이용하는 스퍼터링 방법으로 증착한다. 이때, 증착되어진 CoTi막(13)은 비정질 상태이다.
도 1b를 참조하면, 비정질(amorphous)의 CoTi막(13)을 질소 분위기에서 급속열공정 (RTP)을 실시하여 다결정질의 CoTi막(13a)을 형성하고, 이로 인하여 Ti/CoTi 장벽 금속층이 형성된다. 이후 전체 상부면에 금속층(14)을 형성한다.
상기에서, 급속열공정은 500 내지 760 Torr 압력 및 500 내지 700℃ 의 온도에서 실시하며, 비정질의 CoTi막(13)을 다결정질의 CoTi막(13a)으로 변하게 하여 저항을 감소시킨다. 또한, 질소 분위기에서 급속 열공정을 실시하므로 CoTi막(13a) 상부에 TiN막(도시않됨)이 얇게 형성된다.
금속층(14)은 금속 유기 화학기상증착(MOCVD)방법으로 형성된 Cu, Al 및 W 중 어느 하나로 이루어지며, 금속층(14)이 Al일 경우 500℃ 이하의 증착 온도 및 20mTorr 이하의 압력에서 형성하고, W 일 경우 500℃ 이하의 증착 온도 및 100 Torr 이하의 압력에서 WF6및 H2가스를 이용하여 형성한다.
도 1e는 금속층(14), CoTi막(13a) 및 Ti막(12)을 패터닝하여 금속배선을 완성한 상태의 단면도이다.
상술한 바와같이 본 발명은 금속 배선의 장벽층으로 CoTi막을 이용하므로 구리 또는 다른 금속 배선의 확산 특성으로 인한 문제점을 해소하고, 또한 CoTi막은 종래 장벽층인 TiN/Ti 막 보다 콘택 저항이 1/2 이므로 소자의 전기적 특성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 콘택 홀이 형성된 기판 상에 Ti막 및 CoTi막을 순차적으로 증착한 후 급속열공정을 실시하여 장벽 금속층을 형성하는 단계; 및
    전체 상부면에 금속층을 형성한 후 상기 금속층 및 장벽금속층을 패터닝하여 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ti막은 400 내지 500℃ 의 온도 및 10 내지 20 mTorr 압력에서 스퍼터링 방법으로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 CoTi막은 300 내지 400℃ 의 증착온도 및 10 내지 20 mTorr 압력에서 Co-Ti 혼합 구조를 이용하거나 Co 및 Ti를 각각 이용하는 스퍼터링 방법으로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 급속열공정은 질소가스 분위기에서 500 내지 760 Torr 압력 및 500 내지 700℃ 의 온도에서 실시하며, 상기 CoTi막을 다결정질의 CoTi막으로 변하게 하고, 상기 CoTi막 상부에 TiN막이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 금속 유기 화학기상증착방법으로 형성된 Cu, Al 및 W 중 어느하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성방법.
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